一種發光二極管的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于半導體發光技術領域，尤其涉及一種發光二極管。
【背景技術】
[0002] 發光二極管LED是一種能發光的元件，通常應用于軍事、人造衛星以及工業、衛 生、科研等方面。它們具有體積小，耗電量低，使用壽命長，高亮度、堅固耐用等優點。目前， 國內外使用LED燈使用的主要材料有氮化鎵GaN(中國實用新型專利CN102130249A)，氮 化銦鎵GaInN(中國實用新型專利CN102130250A)、氮化鋁鎵GaAlN(中國實用新型專利 CN102130251A)、氮化鋁銦鎵（中國實用新型專利CN102263173A、CN102437262A)、硒 化鎘、硒化鋅、硫化鉛、磷化銦、硫化鎘、氧化鎘、硫化銅銦、硫化銀銦或是硒化銅銦等化合物 等半導體材料（中國實用新型專利CN103022287A)。但這類半導體元器件含有大量的 鎵、鉛、汞、鎘等各種對人體有害的物質，這些元素如果進入土壤隨雨水滲到地下就會污染 水源，最終將危害人類的生存，也不利于半導體材料的可持續發展。傳統的LED是平面電極 結構，也就是P、n電極和出光面在同一個平面上，其制備工藝和流程已經相當成熟，在小 功率器件市場上占主導地位。但是傳統的平面結構存在著LED單面出光的問題，也就是pn 結發出的光只能通過LED正面輸出，而射向LED背面（襯底方向）的光很難輸出，極大地 限制了LED的出光效率。另外，傳統的LED制備工藝通常采用化學氣相外延或分子束外延 法，不利于LED工業化的大批量生產。總之，目前LED存在的主要缺點是：（1)含有對人體 有害物質，回收成本高且不利于半導體材料的可持續發展。（2)出光效率較低（3)不利于 工業化大批量生產。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型要解決的技術問題：提供一種發光二極管，以解決現有技術的發光二 極管含有對人體有害物質，回收成本高且不利于半導體材料的可持續發展；出光效率較低； 不利于工業化大批量生產等技術問題。
[0004] 本實用新型技術方案：
[0005] -種發光二極管，它包括襯底，襯底的刻蝕處設置有n電極，襯底的上表面為 Ii-Mg2Si薄膜，Ii-Mg2Si薄膜的上表面為P-Mg2Si薄膜，P-Mg2Si薄膜的上表面設置有p電極。
[0006] 所述襯底為玻璃、碳化硅或藍寶石。
[0007] 本實用新型的有益效果：
[0008] 與現有技術相比，本實用新型是利用Mg2Si異質結的發光特性制作的一種發光二 極管，半導體Mg2Si材料是由地球上資源豐富、壽命極長的Mg、Si元素組成，是一種環境友 好半導體材料，無毒無害，有利于半導體技術的可持續發展。傳統的平面結構存在著LED單 面出光的問題，本實用新型的發光二極管發出的光能夠從LED的上下表面同時射出，達到 雙面出光的效果，有利于提高LED的出光效率；本實用新型發光二極管體積小、重量輕，器 件的功耗低，高性能價格比，而且使用方便。本實用新型發光二極管發出的紅外光頻寬窄、 單色性好；本實用新型利用的磁控濺射設備簡單、易于操作，可以制備均勻、大面積的薄膜， 有利于工業化大規模生產，本實用新型解決了現有技術的發光二極管含有對人體有害物 質，回收成本高且不利于半導體材料的可持續發展；出光效率較低；不利于工業化大批量 生產等技術問題。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本實用新型結構示意圖；
[0010] 圖2是本實用新型中Mg2Si薄膜的X射線衍射（XRD)測量結果示意圖；
[0011] 圖3是本實用新型中二極管的I-V曲線示意圖；
[0012] 圖4本實用新型中二極管O-IV的I-V曲線示意圖
[0013] 圖5是本實用新型中二極管的發光光譜示意圖。
【具體實施方式】
[0014] -種發光二極管(見圖1)，它包括襯底1，襯底1的刻蝕處設置有n電極4,襯底1 的上表面為n-Mg2Si薄膜2,n-Mg2Si薄膜2的上表面為P-Mg2Si薄膜3,P-Mg2Si薄膜3的 上表面設置有P電極5。
[0015] 所述襯底1為玻璃、碳化硅或藍寶石，本實施例以玻璃作為為襯底材料進行說明。
[0016] 本實用新型的發光二極管的制備方法，它包括下述步驟：
[0017] 步驟1、清洗襯底并吹干；
[0018] 步驟2、在襯底上利用磁控濺射方法濺射一層n-Si膜；
[0019] 步驟3、在n-Si膜上利用磁控濺射方法濺射一層Mg膜；
[0020] 步驟4、在Mg膜上利用磁控濺射方法濺射一層P-Si膜；
[0021] 步驟5、將派射后的n-Si、Mg和p-Si膜進行退火處理，得到n-Mg2Si、p-Mg2Si異質 結，作為二極管的發光層；
[0022] 步驟6、將襯底局部刻蝕；
[0023] 步驟7、在襯底刻蝕處熱蒸發一層Ag膜作為n電極層；
[0024] 步驟8、在P-Mg2Si薄膜上表面右端熱蒸發一層金膜作為p電極層。
[0025] 步驟1所述清洗襯底，是將襯底依次在丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗20 min，烘干后送入磁控濺射系統的樣品室對襯底表面進行反濺射離子清洗，反濺射離子清洗 一方面能有效去除附著在表面的雜質和氧化物，另一方面增加玻璃襯底表面的微觀粗糙 度，提高薄膜在襯底表面的附著力。
[0026] 濺射用n-Si靶直徑為60_、厚度為5_。在濺射室里，往玻璃襯底上濺射沉積 n-Si膜前，派射清洗n-Si祀表面10min，主要去除n-Si祀表面的氧化層。
[0027] 濺射沉積過程中，濺射室背底氣壓為2. 0x10 5Pa，直流濺射功率為110W，氬氣 (99. 999%純度）流量15sccm，濺射氣壓為2.0Pa，濺射時間為15-20min，濺射時襯底溫 度為室溫。
[0028] 濺射用Mg靶直徑60mm、厚度為5mm。在濺射室里，往n-Si上濺射沉積Mg膜前， 濺射清洗Mg靶表面10min，主要去除Mg靶表面的氧化層。
[0029] 濺射沉積過程中，濺射室背底氣壓為2. 0x10 5Pa，射頻濺射功率為100W，氬氣 (99. 999%純度）流量20sccm，濺射氣壓為3.0Pa，濺射時間為30-40min，濺射時襯底溫 度為室溫。
[0030]濺射用P-Si靶直徑為60_、厚度為5 _。在濺射室里，往玻璃襯底上濺射沉積 P-Si膜前，濺射清洗P-Si靶表面10min，主要去除P-Si靶表面的氧化層。
[0031] 濺射沉積過程中，濺射室背底氣壓為2. 0x10 5Pa，直流濺射功率為110W，氬氣 (99. 999%純度）流量15sccm，濺射氣壓為2.0Pa，濺射時間為15-20min，濺射時襯底溫 度為室溫。
[0032] 將n-Si/Mg/p-Si樣品放入高真空退火爐中退火。退火爐背底氣壓為4. 0x10 4Pa。 退火時氣壓保持在1. 5x10 2Pa，退火時間為4h，退火溫度為400°C。
[0033] 將退火后的樣品的襯底進行光刻，光刻部位為襯底的一端，光刻面積約為襯底面 積的30%。
[0034] 將光刻后的樣品放入電阻式熱蒸發爐中，蒸發的背底氣壓為3. 0x10 4Pa，在樣品的 光刻部位蒸發銀膜作為n接觸電極，蒸發時間為lOmin，加熱電流為70A;
[0035] 在樣品的上表面右端熱蒸發金膜作為p接觸電極，蒸發的背底氣壓為3.OxlO4Pa， 蒸發時間為lOmin，加熱電流為100A。
[0036] 附圖2所示為實施本實用新型提出的Ii-Mg2Si及P-Mg2Si薄膜的X射線衍射（XRD) 測量結果。結果表明，400_退火4小時得到的Mg2Si薄膜在24.3°、40.2°左右出現較強 的衍射峰，這兩個峰分別對應Mg2Si的（111)、（220)晶面；而且，（220)峰極強，說明該 條件制備的Mg2Si薄膜的結晶程度較高。而且XRD圖上沒有出現Mg峰和Si峰，說明Mg和 Si完全反應生成Mg2Si，沒有多余的Mg或Si。
[0037] 附圖3所示為實施本實用新型提出的二極管三個不同測試點的伏安（I-V)特性測 量結果。結果表明，本實用新型的二極管正向導通時具有良好的整流特性。
[0038] 附圖4為實施本實用新型提出的二極管正向偏壓為O-IV時的伏安（I-V)特 性測量結果。結果表明，當所加正向偏壓為0.5V時，該二極管的靜態電阻約為200Q (0. 5V/2. 49mA)，動態電阻約為80Q(該點切線的斜率)。
[0039] 附圖5為實施本實用新型提出的發光二極管的發光光譜測量結果。結果表明，該 發光二極管有非常優良的發光特性，發光強度最大值對應的波長為1346nm，處于近紅外波 段。
[0040] 以上所述僅為本實用新型的較佳實例而已，并非用于限定本實用新型的保護范 圍，凡在本實用新型的精神和原則之內所做的任何修改等同替換以及改進，均應包含在本 實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種發光二極管，它包括襯底（1)，其特征在于：襯底（1)的刻蝕處設置有n電極 (4)，襯底（1)的上表面為n-Mg2Si薄膜（2)，n-Mg2Si薄膜（2)的上表面為P-Mg2Si薄膜（3)， P-Mg2Si薄膜（3)的上表面設置有p電極（5)。2. 根據權利要求1所述的一種發光二極管，其特征在于：所述襯底（1)為玻璃、碳化硅 或藍寶石。
【專利摘要】本實用新型公開了一種發光二極管，它包括襯底，襯底的刻蝕處設置有n電極，襯底的上表面為n-Mg2Si薄膜，n-Mg2Si薄膜的上表面為p-Mg2Si薄膜，p-Mg2Si薄膜的上表面有p電極；解決了現有技術二極管對人體有害，回收成本高；出光效率較低；不利于工業化大批量生產等問題。
【IPC分類】H01L33/00, H01L33/26
【公開號】CN204741027
【申請號】CN201520521746
【發明人】謝泉, 廖楊芳, 楊云良, 肖清泉, 張寶暉, 梁楓, 王善蘭, 吳宏仙, 張晉敏, 陳茜, 謝晶, 范夢慧, 黃晉, 章競予
【申請人】貴州大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月17日