专利名称：白光led外延结构及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED发光二极管技术，特别是涉及一种白光LED外延结构，同时涉及外延结构的生产工艺。
背景技术：
目前，白色发光二极管因其节能环保效果显著，在照明领域的用途越来越广泛。现有白光二极管的白光产生方式通常都是在发蓝光芯片上涂上YAG荧光粉，其中部分蓝光遇到荧光粉后发出黄光，黄光与剩余的蓝光混合即发出白光。由于YAG荧光粉的光衰快，导致白色发光二极管的稳定性差，可靠使用时间短，产生的白光质量还不够理想， 并且光提取效率不高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种无需使用荧光粉，发光稳定可靠的白光LED外延结构。本发明同时提供一种白光LED外延结构的生产工艺。本发明的外延结构包括从下至上依次设置的SiC衬底、N-GaN接触层、GaN外延层、 InGaN/GaN发光层，在hGaN/GaN发光层之上还依次设有AlInGaP半导体复合物发光层和 P+GaN接触层。进一步的，在SiC衬底和N-GaN接触层之间设有AIN过渡层，P+GaN接触层之上设有ITO透明导电层，使外延结构更加合理。从GaN外延层一直深入到SiC衬底刻蚀有交替的沟槽结构，SiC衬底表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN发光层则部分悬空在沟槽结构上方，SiC衬底和GaN外延层之间粗糙的界面可以大大提高光提取的效率。优选的，所述SiC衬底的厚度为50 100um、N-GaN接触层的厚度为200 800 nm、 GaN外延层的厚度为500 2000nm、InGaN/GaN发光层的厚度为4000 9000nm、AUnGaP 半导体复合物发光层的厚度为1000 5000nm、P+GaN接触层的厚度为100 500 nm。优选的，所述AIN过渡层的厚度为10 100 nm, ITO透明导电层的厚度为1 IOum0本发明的LED外延结构由GaN外延层、InGaN/GaN发光层发出蓝光，AlInGaP半导体复合物发光层则可以直接发出黄光，蓝光和黄光合成直接生成白光，无需使用荧光粉，不会光衰，发光质量好，提高了工作稳定性和使用寿命，减少了封装工序，可以使白光LED的外延、芯片、封装、应用整个产业链的生产工艺简化，生产效率高，适于大批量生产。本发明的生产工艺是准备好清洁的SiC衬底，然后依次按照下列步骤进行
(a)将SiC衬底放在托盘里送入外延炉，在1045 1055摄氏度下生长N-GaN接触层；
(b)接下来以氮气为载体，在675 685摄氏度下生长GaN外延层；
(c)继续在外延炉里775 785摄氏度下生长hGaN/GaN发光层，再在785 795摄氏度下生长AlhGaP半导体复合物发光层，之后在985 995摄氏度下生长P+GaN接触层。进一步的，在步骤(a)中，生长N-GaN接触层前，可先在595 605摄氏度下生长 AIN过渡层；在步骤(c )中，生长P+GaN接触层后接下来可再生长ITO透明导电层。完成步骤(b)后，可先将完成的半成品进行选区刻蚀，从GaN外延层一直深入到 SiC衬底刻蚀成交替的沟槽结构，并在SiC衬底表面原位加工出高密度的纳米坑；接下来在进行步骤(C)中，InGaN/GaN发光层部分在GaN外延层侧壁横向外延生长，即部分悬空在沟槽结构上方。本发明的生产工艺效率高，无需特殊设备，生产质量稳定可靠，工业化大量生产易于实现。下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
图1是实施例中的外延结构的主示意图。图2是生长出GaN外延层后的半成品结构示意图。图3是图2中的半成品刻蚀成交替沟槽结构的示意图。实施例如图1所示，本实施例的外延结构从下至上依次设置SiC衬底1、AIN过渡层2、N-GaN接触层3、GaN外延层4、InGaN/GaN发光层5、AlInGaP半导体复合物发光层 6、P+GaN接触层7和ITO透明导电层8。并且从GaN外延层4 一直深入到SiC衬底1刻蚀有交替的沟槽结构9，SiC衬底1表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN发光层5则部分悬空在沟槽结构9上方。本实施例中SiC衬底1的厚度为70um、AIN过渡层2的厚度为25 nm、N-GaN接触层 3的厚度为500 nm、GaN外延层4的厚度为lOOOnm、InGaN/GaN发光层5的厚度为5000nm、 AlInGaP半导体复合物发光层6的厚度为2000nm、P+GaN接触层7的厚度为250 nm.ITO透明导电层8的厚度为5um。本实施例中的外延结构的生产工艺是准备好清洁的SiC衬底1，然后依次按照下列步骤进行。先将SiC衬底1放在托盘里送入K465i MOCVD外延炉，在600摄氏度下生长AIN 过渡层2，再在1050摄氏度下生长N-GaN接触层3 ；接下来以氮气为载体，在680摄氏度下生长GaN外延层4，完成的半成品如图2所示。然后将上述半成品进行选区刻蚀，从GaN外延层4 一直深入到SiC衬底1刻蚀成交替的沟槽结构9，并在SiC衬底1表面原位加工出高密度的纳米坑，得到如图3所示的半成品。接下来将完成刻蚀的半成品继续在K465i MOCVD外延炉里780摄氏度下生长 InGaN/GaN发光层5，该hGaN/GaN发光层5部分在GaN外延层4侧壁横向外延生长，即部分悬空在沟槽结构9上方；然后再在790摄氏度下生长AlhGaP半导体复合物发光层6，之后在990摄氏度下生长P+GaN接触层7，再生长ITO透明导电层8。
权利要求
1.一种白光LED外延结构，包括从下至上依次设置的SiC衬底、N-GaN接触层、GaN外延层、InGaN/GaN发光层，其特征为在hGaN/GaN发光层(5)之上还依次设有AlInGaP半导体复合物发光层(6 )和P+GaN接触层(7 )。
2.根据权利要求1所述的白光LED外延结构，其特征为在SiC衬底(1)和N-GaN接触层(3)之间设有AIN过渡层(2)，P+GaN接触层(7)之上设有ITO透明导电层(8)。
3.根据权利要求1或2所述的白光LED外延结构，其特征为从GaN外延层(4)一直深入到SiC衬底(1)刻蚀有交替的沟槽结构(9)，SiC衬底(1)表面还加工密布有纳米坑， InGaN/GaN发光层(5)则部分悬空在沟槽结构(9)上方。
4.根据权利要求1或2所述的白光LED外延结构，其特征为所述SiC衬底(1)的厚度为50 100um、N-GaN接触层(3)的厚度为200 800 nm、GaN外延层(4)的厚度为500 2000nm、InGaN/GaN发光层(5)的厚度为4000 9000nm、AUnGaP半导体复合物发光层(6) 的厚度为1000 5000nm、P+GaN接触层(7)的厚度为100 500 nm。
5.根据权利要求2所述的白光LED外延结构，其特征为所述AIN过渡层(2)的厚度为 10 100 nm, ITO透明导电层(8)的厚度为1 10um。
6.一种制作权利要求1所述白光LED外延结构的生产工艺，准备好清洁的SiC衬底，然后依次按照下列步骤进行(a)将SiC衬底(1)放在托盘里送入外延炉，在1045 1055摄氏度下生长N-GaN接触层(3);(b)接下来以氮气为载体，在675 685摄氏度下生长GaN外延层(4)；(c)继续在外延炉里775 785摄氏度下生长hGaN/GaN发光层(5)，再在785 795 摄氏度下生长AlhGaP半导体复合物发光层(6)，之后在985 995摄氏度下生长P+GaN接触层(7)。
7.根据权利要求6所述的生产工艺，其特征为在步骤(a)中，生长N-GaN接触层(3) 前，先在595 605摄氏度下生长AIN过渡层(2 )；在步骤(c )中，生长P+GaN接触层(7 )后接下来再生长ITO透明导电层(8)。
8.根据权利要求6或7所述的生产工艺，其特征为完成步骤(b)后，先将完成的半成品进行选区刻蚀，从GaN外延层(4) 一直深入到SiC衬底(1)刻蚀成交替的沟槽结构(9)， 并在SiC衬底(1)表面原位加工出高密度的纳米坑；接下来在进行步骤(c)中，InGaN/GaN 发光层(5)部分在GaN外延层(4)侧壁横向外延生长，即部分悬空在沟槽结构(9)上方。
全文摘要
一种白光LED外延结构及其生产工艺，外延结构包括从下至上依次设置的SiC衬底、N-GaN接触层、GaN外延层、InGaN/GaN发光层、AlInGaP半导体复合物发光层和P+GaN接触层。本发明的LED外延结构由GaN外延层、InGaN/GaN发光层发出蓝光，AlInGaP半导体复合物发光层则可以直接发出黄光，蓝光和黄光合成直接生成白光，无需使用荧光粉，不会光衰，发光质量好，提高了工作稳定性和使用寿命，减少了封装工序。本发明的生产工艺效率高，无需特殊设备，生产质量稳定可靠，工业化大量生产易于实现。
文档编号H01L33/32GK102270719SQ20111024762
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者吉爱华, 谢卫国 申请人:环科电子有限公司