專利名稱：一種紫外led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氮化物基材料生長與器件制作領(lǐng)域，特別是指一種可以提高紫外LED 輸出功率的紫外LED的制作方法。
背景技術(shù)：
白光固態(tài)照明發(fā)光二極管(LED)被認為是繼白熾燈和熒光燈之后的第三代照明 光源。與傳統(tǒng)光源相比，全固態(tài)工作的半導(dǎo)體照明光源具有發(fā)光效率高、壽命長、體積小、響 應(yīng)速度快、耐抗震沖擊、使用安全等一系列優(yōu)勢，是一種符合環(huán)保和節(jié)能的綠色照明光源。目前，實現(xiàn)白光固態(tài)照明的方式主要有三種，用的最多的是藍光LED+YAG熒光粉， 然而用該種方式得到的白光隨發(fā)射方向變化，其顯色率，色溫隨著工作電流以及工作溫度 的變化有比較大的變化。其次就是用紫外LED激射RGB熒光粉產(chǎn)生白光，由于其發(fā)光不存 在方向性，顯色指數(shù)和色溫不隨工作電流和工作溫度變化發(fā)生明顯變化，同時還可以自由 的通過不同的RGB配比得到不同色溫但顯色指數(shù)高的白光，實現(xiàn)不同照明需求?；谝陨?優(yōu)勢，該種產(chǎn)生白光的方式成為未來白光LED的發(fā)展趨勢。但是該種產(chǎn)生白光的方式存在一個致命的缺點，那就是不能生產(chǎn)出大功率的紫外 LED。無論是基于AlGaN發(fā)光的深紫外LED還是基于InGaN和GaN發(fā)光的近紫外LED，目前 的輸出功率都很低。因此，要想使該種產(chǎn)生白光的方式取代目前的藍光LED+YAG熒光粉的 方式，就要提高紫外LED輸出功率。造成紫外LED輸出功率低的其中一個因素就是AlGaNUnGaN與GaN彼此之間均存 在晶格失配，導(dǎo)致外延片缺陷密度高。如果可以找到一種與以上材料晶格匹配的材料，就能 降低缺陷密度，消除壓電極化，提高紫外LED最終的輸出功率?；谝陨显颍紤]到另外一種三元氮化物合金AUnN。AlN的帶寬為6. 2eV，InN 的帶寬為0. 7eV，所以在III族氮化物三元合金材料中AUnN的帶隙寬度具有最大的可調(diào) 范圍。當(dāng)化的組分為0. 18時，Ala82^iai8N的晶格常數(shù)與GaN是匹配的，此時其帶寬約為 4. kV，可以考慮用Ala82Inai8NZGaN取代AlGaN/GaN。經(jīng)過實驗與理論論證，發(fā)現(xiàn)與AlGaN/ GaN結(jié)構(gòu)相比，一方面晶格匹配的Ala82Ina 18N/GaN多量子阱能夠避免由于晶格失配帶來的 裂紋或位錯；另一方面Ala82Inai8N室溫下帶寬約為4. kV，可以阻止多量子阱中壘層的帶 尾吸收。因此，Ala 82In0.18N/GaN結(jié)構(gòu)可以替代AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)。另外，Al0.82In0.18N/GaN單量 子阱中的內(nèi)建電場為3. 64MVCHT1，主要由自發(fā)極化引起，其發(fā)光可以覆蓋紫外譜中很寬的波 段。因此Ala82 hQ.18N/GaN結(jié)構(gòu)可以作為一種紫外發(fā)光器件，室溫下發(fā)光效率超過相應(yīng)AlGaN 結(jié)構(gòu)的30倍。同時，由于AUnN的晶格常數(shù)具有很大的可調(diào)范圍，使它能夠與其他的外延層有 良好的晶格匹配，還可以用來制備AUnNAnGaN和AUnN/AKkiN等無失配的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通 過調(diào)節(jié)不同的組分配比，該兩種結(jié)構(gòu)作為有源區(qū)的LED的發(fā)光波長都可以保證在紫外范圍 內(nèi)。再者，由于AlhN良好的晶格匹配功能，結(jié)合其禁帶寬度相對較寬的特點，還可以將其用作電子阻擋層，取代傳統(tǒng)的AKiaN結(jié)構(gòu)，提高電子的注入效率，最終也將有助于提高 紫外LED的輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種紫外LED的制作方法，其可以解決白光固態(tài)照明中 用紫外光激射RGB熒光粉產(chǎn)生白光這一方法中紫外LED輸出功率低的問題。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種紫外LED的制作方法，包括下述步驟步驟1:取一襯底；步驟2 在襯底上依次生長成核層和η型層；步驟3 在η型層上生長多量子阱層；步驟4:在多量子阱層上生長電子阻擋層和ρ型層，完成結(jié)構(gòu)的生長。其中所述襯底為藍寶石襯底或硅襯底。其中所述成核層為低溫AlN層或低溫GaN層，所述低溫AlN層的生長溫度為 550-650°C，低溫GaN的生長溫度為500_600°C，該成核層的厚度為10_50nm。其中所述η型層為高溫AlGaN層或GaN層，其中AlGaN的生長溫度為1000-1150°C， GaN的生長溫度為950-1100°C，該η型層的厚度為0. 5-2 μ m。其中所述多量子阱層的周期數(shù)為2-10。其中所述多量子阱層是AUnN/AWaN、AUnN/GaN或AUnN/lnGaN，其中阱層厚度 為 1. 0-6. Onm,壘層厚度為 5. 0_20nm。其中所述電子阻擋層為AlInN層，其摻雜類型為ρ型，生長溫度為720-850°C，厚度 為 20-50nm。其中所述ρ型層為MGaN層或GaN層，其中MGaN層的生長溫度為1000-1150°C， GaN層的生長溫度為950-1100°C，該ρ型層的厚度為0. 1-0. 5 μ m。采用上述方法的有益效果在于本發(fā)明通過使用AlInN材料解決目前存在的紫外 LED輸出功率低的問題。h組分為0. 18的AlInN材料的晶格常數(shù)與GaN相同，但是其禁 帶寬度比GaN高出約0. 9eV,用Ala8J%18N/GaN作多量子阱，一方面能夠避免由于晶格失 配帶來的裂紋或位錯，降低壓電極化作用；另一方面Ala82Inai8N室溫下帶寬約為4. MV，可 以阻止多量子阱中壘層的帶尾吸收。同理，通過調(diào)節(jié)組分得到晶格匹配的AlhNAnGaN和 AUnN/AKiaN多量子講，可以收到同樣的效果。采用Ala82Inai8N作電子阻擋層時可以有效 阻擋電子流入P型層，提高有源區(qū)的電子空穴復(fù)合效率。以上方法都可以提高紫外LED最 終的輸出功率。


為描述本發(fā)明的具體內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳 細說明，其中圖1是本發(fā)明的方法流程示意圖；圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明提供一種紫外LED的制作方法，包括下述步驟步驟1 取一襯底1，該襯底1為藍寶石襯底或硅襯底；步驟2 在襯底1上依次生長成核層2、n型層3，所述成核層2為低溫AlN層或低溫 GaN層，其中低溫AlN層的生長溫度為550_650°C，低溫GaN層2的生長溫度為500-600°C， 該成核層2的厚度為10-50nm ；所述η型層3為高溫AlGaN或GaN層，其中AWaN層的生長 溫度為1000-1150°C，GaN層的生長溫度為950-1100°C，該η型層3的厚度為0. 5-2 μ m ；步驟3 在η型層3上生長多量子阱層4，所述多量子阱層4是AUnN/AKiaN、 AUnN/GaN或AUnN/lnGaN，其阱層厚度為1. 0-6. Onm，壘層厚度為5. 0_20nm，周期數(shù)為 2-10 ；步驟4 在多量子阱層4上依次生長電子阻擋層5、ρ型層6，所述電子阻擋層5為 AlInN層，摻雜類型為ρ型，生長溫度為720-850°C，厚度為20-50nm ；所述ρ型層6為MGaN 層或GaN層，其中AlGaN層的生長溫度為1000-1150°C，GaN層的生長溫度為950-1100°C， 該P型層6的厚度為0. 1-0. 5 μ m,完成結(jié)構(gòu)的生長。實例請再參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供一種紫外LED的制作方法，包括下述步驟步驟1 取藍寶石一襯底1 ；步驟2 在襯底1上依次生長成核層2、η型層3，所述成核層2為低溫GaN，其生 長溫度為550°C，厚度為30nm ；所述η型層3為高溫GaN層，其生長溫度為1050°C，厚度為 1. 5 μ m ；步驟3 在η型層3上生長多量子阱層4，所述多量子阱層4為AlhN/GaN，其阱層 厚度為3. Onm，壘層厚度為12. Onm，周期數(shù)為5 ；步驟4 在多量子阱層4上分別生長電子阻擋層5、ρ型層6，所述電子阻擋層5為 AlInN層，其摻雜類型為ρ型，生長溫度為800°C，厚度為30nm ；所述ρ型層6為GaN層，其 生長溫度為1000°C，厚度為，0. 2 μ m,完成結(jié)構(gòu)的生長。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紫外LED的制作方法，包括下述步驟步驟1 取一襯底；步驟2 在襯底上依次生長成核層和η型層；步驟3 在η型層上生長多量子阱層；步驟4 在多量子阱層上生長電子阻擋層和ρ型層，完成結(jié)構(gòu)的生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述襯底為藍寶石襯底或硅襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述成核層為低溫AlN層或低溫 GaN層，所述低溫AlN層的生長溫度為550_650°C，低溫GaN的生長溫度為500_600°C，該成 核層的厚度為10-50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述η型層為高溫AKiaN層或GaN 層，其中MGaN的生長溫度為1000-1150°C，GaN的生長溫度為950-1100°C，該η型層的厚 度為 0. 5-2 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述多量子阱層的周期數(shù)為 2-10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述多量子阱層是AUnN/AWaN、 AlInN/GaN或AUnNAnfeiN,其中阱層厚度為1. 0-6. Onm，壘層厚度為5. 0_20nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述電子阻擋層為AlInN層，其摻 雜類型為P型，生長溫度為720-850°C，厚度為20-50nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述ρ型層為AlGaN層或GaN層， 其中AlGaN層的生長溫度為1000-11501，6鄉(xiāng)層的生長溫度為950-11001，該？型層的厚 度為 0. 1-0. 5 μ m。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紫外LED的制作方法，包括下述步驟步驟1取一襯底；步驟2在襯底上依次生長成核層和n型層；步驟3在n型層上生長多量子阱層；步驟4在多量子阱層上生長電子阻擋層和p型層，完成結(jié)構(gòu)的生長。本發(fā)明可以解決白光固態(tài)照明中用紫外光激射RGB熒光粉產(chǎn)生白光這一方法中紫外LED輸出功率低的問題。
文檔編號H01L33/06GK102148300SQ20111006386
公開日2011年8月10日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者劉乃鑫, 劉喆, 吳奎, 王軍喜, 贠利君 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所