LED芯片的制作方法

本实用新型涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种LED芯片。

背景技术：

LED照明灯是利用第四代绿色光源LED做成的一种照明灯具。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

现有光电器件的主流技术多为量子阱结构。

Arakawa教授等于1986年在理论上预言，如果相邻量子线或者量子点之间没有强的耦合，则由它们制造的激光器在阈值电流、调制动力学和谱线特性等方面将优于量子阱激光器。Sakaki教授于1987年预言，在量子线中，由于维度限制大大减小了弹性散射概率，就能得到非常高的电子迁移率，因此能用于制作高速电子器件。

量子线结构材料的研究不仅是半导体物理学、材料学研究的基本问题，而且其优异的光学和电学特性可直接被利用制备成性能优良的器件产品，因此国内外都投入很大的资金和技术力量来从事这一领域的研究。

目前，如何提高器件产品的性能是研究重点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种LED芯片。

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种LED芯片，包括衬底及位于所述衬底上的外延结构，所述衬底为蓝宝石衬底，所述衬底的晶面沿C晶面偏向M晶面或R晶面而形成偏角，偏角范围为0.7°～1.5°，所述外延结构包括量子线发光层，所述量子线发光层根据所述偏角生长而形成褶皱状。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述偏角范围为0.8°～1°。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述量子线发光层的发光区于所述外延结构叠加方向的高度不小于0.5nm。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述发光区的原子层数量不小于10个。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述外延结构由下向上依次包括缓冲层、高温AlGaN层、N型AlGaN层、N型AlGaN表面处理层、量子线发光层、量子势垒层、电子阻挡层、P型披覆层、P型接触层，其中，所述量子线发光层为AlGaN/GaN多重类量子线发光层。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述外延结构由下向上依次包括低缺陷GaN层、InGaN应力调试层、N型AlGaN/GaN层、N型InGaN 表面处理层、量子线发光层、量子势垒层、电子阻挡层、P型披覆层、P型接触层，其中，所述量子线发光层为GaN/InGaN多重类量子线发光层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型一实施方式的LED芯片使用特制的衬底，配合相应的工艺条件，在不需要另外制备掩膜的基础上，生长出类量子线外延结构，进一步降低态密度，增强量子局限效应，从而提高发光或电子器件的性能。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的LED芯片示意图；

图2是本实用新型一实施方式的量子线发光层区域示意图；

图3是本实用新型另一实施方式的LED芯片示意图；

图4是本实用新型一实施方式的LED芯片的制造方法步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

参图1，为本实用新型一实施方式的LED芯片100的示意图。

LED芯片100包括衬底10及位于衬底10上的外延结构20。

衬底10为蓝宝石衬底。

该衬底10可以为平片衬底，也可以为图案化衬底。

衬底10的晶面沿C晶面偏向M晶面或R晶面而形成偏角。

这里，LED芯片100使用特制的衬底，配合相应的工艺条件，在不需要另外制备掩膜的基础上，生长出类量子线外延结构，进一步降低态密度，增强量子局限效应，从而提高发光或电子器件的性能。

在本实施方式中，偏角范围为0.7°～1.5°。

较佳的，偏角范围为0.8°～1°。

在本实施方式中，外延结构20以AlGaN基紫外发光二极管外延结构为例。

外延结构20由下向上依次包括缓冲层21、高温AlGaN层22、N型AlGaN 层23、N型AlGaN表面处理层24、量子线发光层25、量子势垒层26、电子阻挡层27、P型披覆层28、P型接触层29。

一般的，紫外光随着波长变短，需要在发光层加入大量Al组份以提高禁带宽度。

一方面，由于发光层承受张应力，发光模态为TM模，不利于出光；另一方面，Al含量多时对LED芯片的质量有负面影响。

本实施方式使用特定偏角的衬底10结合外延工艺形成自组装 AlGaN/GaN多重类量子线发光层作为发光层，利用二维量子局限效应提高量子能级，从而达到波长变短的目的。

以下对外延结构20的各层作具体说明。

缓冲层21为AlN层，可以使用溅射机台在衬底10上制备15～25nm厚的AlN层，这里以缓冲层21的厚度为20nm为例。

高温AlGaN层22为非掺杂AlGaN层，高温AlGaN层22的厚度为3um。

这里，设备温度控制在1120℃，压强控制在50Torr。

N型AlGaN层23的厚度为1.5um。

这里，设备温度控制在1100℃，压强控制在50Torr，N型AlGaN层23 的掺杂浓度为8*10¹⁸/cm3。

N型AlGaN表面处理层24的厚度为0.3um。

这里，设备温度控制在980～1100℃范围，压强控制在100Torr～200torr 范围，N型AlGaN表面处理层24为低掺杂表面处理层。

量子线发光层25为AlGaN/GaN多重类量子线发光层。

这里，设备温度控制在900～980℃范围，压强控制在100～200Torr范围， V族/III族反应物的摩尔比控制在1000～3000范围。

量子势垒层26的厚度为5～10nm。

这里，设备温度控制在980℃，压强控制在100～200Torr范围。

需要说明的是，量子线发光层25及量子势垒层26可重复生长，这里以重复生长5～15次为例。

电子阻挡层27为P型电子阻挡层，电子阻挡层27的厚度为30nm。

这里，设备温度控制在900～980℃范围，压强控制在50Torr。

P型披覆层28为P型AlGaN披覆层，P型披覆层28的厚度为40nm。

这里，设备温度控制在1000～1050℃，压强控制在50Torr。

另外，生长完P型披覆层28后透过生长工艺可以使表面恢复平整以利于后续工艺制作。

P型接触层29为P型GaN接触层，P型接触层29的厚度为8nm。

这里，设备温度控制在900～980℃，压强控制在50Torr。

当然，上述温度、压强、厚度等的描述仅是示例性说明，不以此为限。

在本实施方式中，量子线发光层25根据衬底10偏角生长而形成褶皱状。

具体的，参图2，N型AlGaN表面处理层24成褶皱状，调整适当的温度和V族/III族反应物的摩尔，在N型AlGaN表面处理层24上进行量子线发光层25的生长，在衬底10的偏角选定得当并且各层温度条件控制良好的前提下，量子线发光层25将沿晶体特定面向的“台阶”选择性生长，并且通过偏角及生长条件，可控制量子线发光层25的层高，而后，在量子线发光层 25上在生长一层较量子线发光层25禁带宽度更高的量子势垒层26。

这里，量子线发光层25纵向受到两较高的禁带宽度限制，在平面上沿着原子台阶选择性生长，两者结合形成类量子线的效果。

需要说明的是，量子线发光层25在不同的区域厚度不同，参图2，量子线发光层25在虚线框处的厚度较大，虚线框处的量子线发光层25才是真正起到发光作用的发光区25’。

量子线发光层25的发光区25’于外延结构20叠加方向的高度不小于 0.5nm，即此时台阶高度不小于0.5nm。

发光区25’的原子层数量不小于10个，这里，以生长10～50原子层为例。

在本实用新型另一实施方式中，结合图3，外延结构20a以GaN半导体激光二极管外延结构为例。

外延结构20a由下向上依次包括低缺陷GaN层21a、InGaN应力调试层 22a、N型AlGaN/GaN层23a、N型InGaN表面处理层24a、量子线发光层 25a、量子势垒层26a、电子阻挡层27a、P型披覆层28a、P型接触层29a。

这里，类量子线组成的量子线发光层25a具有二维量子局限的优势，拥有更小的态密度，使得微分增益更高，进而降低阈值电流。

以下对外延结构20a的各层作具体说明。

低缺陷GaN层21a使用HVPE或Elog法形成。

InGaN应力调试层22a的厚度为1um。

这里，设备温度控制在900℃，压强控制在200Torr。

N型AlGaN/GaN层23a的厚度为1.5um。

这里，设备温度控制在1100℃，压强控制在100Torr，N型AlGaN/GaN 层23a的掺杂浓度为8*10¹⁸/cm3。

N型InGaN表面处理层24a的厚度为0.3um。

这里，设备温度控制在980～1100℃范围，压强控制在100Torr～200torr 范围，N型InGaN表面处理层24a为低掺杂N型InGaN表面处理层。

量子线发光层25a为GaN/InGaN多重类量子线发光层。

这里，设备温度控制在780～800℃范围，压强控制在100～200Torr范围， V族/III族反应物的摩尔比控制在1000～3000范围。

量子势垒层26a的厚度为5～10nm。

这里，设备温度控制在900℃，压强控制在100～200Torr范围。

需要说明的是，量子线发光层25a及量子势垒层26a可重复生长，这里以重复生长3～6次为例。

电子阻挡层27a为P型电子阻挡层，电子阻挡层27a的厚度为30nm。

这里，设备温度控制在900～980℃范围，压强控制在50Torr。

P型披覆层28a为P型AlGaN/GaN披覆层，P型披覆层28a的厚度为 800nm。

这里，设备温度控制在1000～1050℃范围，压强控制在50Torr。

P型接触层29a为P型GaN接触层，P型接触层29a的厚度为8nm。

这里，设备温度控制在900～980℃，压强控制在50Torr。

在本实施方式中，量子线发光层25a纵向受到两较高的禁带宽度限制，在平面上沿着原子台阶选择性生长，两者结合形成类量子线的效果。

外延结构20a的其他说明可以参考上一实施方式，在此不再赘述。

本实用新型一实施方式还提供一种LED芯片100的制造方法，结合上述 LED芯片100的结构说明及图4，LED芯片100的制造方法包括步骤：

提供一衬底10，衬底10为蓝宝石衬底；

切抛衬底10而使得衬底10的晶面沿C晶面偏向M晶面或R晶面而形成偏角；

于衬底10上形成外延结构20。

这里，LED芯片100使用特制的衬底，配合相应的工艺条件，在不需要另外制备掩膜的基础上，生长出类量子线外延结构，进一步降低态密度，增强量子局限效应，从而提高发光或电子器件的性能。

在本实施方式中，偏角范围为0.7°～1.5°。

较佳的，偏角范围为0.8°～1°。

在本实施方式中，外延结构20包括量子线发光层25，量子线发光层25 根据偏角生长而形成褶皱状，且量子线发光层25的发光区25’于外延结构20 叠加方向的高度不小于0.5nm。

本实施方式的LED芯片100的制造方法的其他说明可以参考上述LED 芯片100的说明，在此不再赘述。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。