专利名称：一种紫外led的制作方法
技术领域：
本发明属于氮化物基材料生长与器件制作领域，特别是指一种可以提高紫外LED 输出功率的紫外LED的制作方法。
背景技术：
白光固态照明发光二极管(LED)被认为是继白炽灯和荧光灯之后的第三代照明 光源。与传统光源相比，全固态工作的半导体照明光源具有发光效率高、寿命长、体积小、响 应速度快、耐抗震冲击、使用安全等一系列优势，是一种符合环保和节能的绿色照明光源。目前，实现白光固态照明的方式主要有三种，用的最多的是蓝光LED+YAG荧光粉， 然而用该种方式得到的白光随发射方向变化，其显色率，色温随着工作电流以及工作温度 的变化有比较大的变化。其次就是用紫外LED激射RGB荧光粉产生白光，由于其发光不存 在方向性，显色指数和色温不随工作电流和工作温度变化发生明显变化，同时还可以自由 的通过不同的RGB配比得到不同色温但显色指数高的白光，实现不同照明需求。基于以上 优势，该种产生白光的方式成为未来白光LED的发展趋势。但是该种产生白光的方式存在一个致命的缺点，那就是不能生产出大功率的紫外 LED。无论是基于AlGaN发光的深紫外LED还是基于InGaN和GaN发光的近紫外LED，目前 的输出功率都很低。因此，要想使该种产生白光的方式取代目前的蓝光LED+YAG荧光粉的 方式，就要提高紫外LED输出功率。造成紫外LED输出功率低的其中一个因素就是AlGaNUnGaN与GaN彼此之间均存 在晶格失配，导致外延片缺陷密度高。如果可以找到一种与以上材料晶格匹配的材料，就能 降低缺陷密度，消除压电极化，提高紫外LED最终的输出功率。基于以上原因，考虑到另外一种三元氮化物合金AUnN。AlN的带宽为6. 2eV，InN 的带宽为0. 7eV，所以在III族氮化物三元合金材料中AUnN的带隙宽度具有最大的可调 范围。当化的组分为0. 18时，Ala82^iai8N的晶格常数与GaN是匹配的，此时其带宽约为 4. kV，可以考虑用Ala82Inai8NZGaN取代AlGaN/GaN。经过实验与理论论证，发现与AlGaN/ GaN结构相比，一方面晶格匹配的Ala82Ina 18N/GaN多量子阱能够避免由于晶格失配带来的 裂纹或位错；另一方面Ala82Inai8N室温下带宽约为4. kV，可以阻止多量子阱中垒层的带 尾吸收。因此，Ala 82In0.18N/GaN结构可以替代AlGaN/GaN结构。另外，Al0.82In0.18N/GaN单量 子阱中的内建电场为3. 64MVCHT1，主要由自发极化引起，其发光可以覆盖紫外谱中很宽的波 段。因此Ala82 hQ.18N/GaN结构可以作为一种紫外发光器件，室温下发光效率超过相应AlGaN 结构的30倍。同时，由于AUnN的晶格常数具有很大的可调范围，使它能够与其他的外延层有 良好的晶格匹配，还可以用来制备AUnNAnGaN和AUnN/AKkiN等无失配的异质结构，通 过调节不同的组分配比，该两种结构作为有源区的LED的发光波长都可以保证在紫外范围 内。再者，由于AlhN良好的晶格匹配功能，结合其禁带宽度相对较宽的特点，还可以将其用作电子阻挡层，取代传统的AKiaN结构，提高电子的注入效率，最终也将有助于提高 紫外LED的输出功率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种紫外LED的制作方法，其可以解决白光固态照明中 用紫外光激射RGB荧光粉产生白光这一方法中紫外LED输出功率低的问题。为达到上述目的，本发明提供一种紫外LED的制作方法，包括下述步骤步骤1:取一衬底；步骤2 在衬底上依次生长成核层和η型层；步骤3 在η型层上生长多量子阱层；步骤4:在多量子阱层上生长电子阻挡层和ρ型层，完成结构的生长。其中所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。其中所述成核层为低温AlN层或低温GaN层，所述低温AlN层的生长温度为 550-650°C，低温GaN的生长温度为500_600°C，该成核层的厚度为10_50nm。其中所述η型层为高温AlGaN层或GaN层，其中AlGaN的生长温度为1000-1150°C， GaN的生长温度为950-1100°C，该η型层的厚度为0. 5-2 μ m。其中所述多量子阱层的周期数为2-10。其中所述多量子阱层是AUnN/AWaN、AUnN/GaN或AUnN/lnGaN，其中阱层厚度 为 1. 0-6. Onm,垒层厚度为 5. 0_20nm。其中所述电子阻挡层为AlInN层，其掺杂类型为ρ型，生长温度为720-850°C，厚度 为 20-50nm。其中所述ρ型层为MGaN层或GaN层，其中MGaN层的生长温度为1000-1150°C， GaN层的生长温度为950-1100°C，该ρ型层的厚度为0. 1-0. 5 μ m。采用上述方法的有益效果在于本发明通过使用AlInN材料解决目前存在的紫外 LED输出功率低的问题。h组分为0. 18的AlInN材料的晶格常数与GaN相同，但是其禁 带宽度比GaN高出约0. 9eV,用Ala8J%18N/GaN作多量子阱，一方面能够避免由于晶格失 配带来的裂纹或位错，降低压电极化作用；另一方面Ala82Inai8N室温下带宽约为4. MV，可 以阻止多量子阱中垒层的带尾吸收。同理，通过调节组分得到晶格匹配的AlhNAnGaN和 AUnN/AKiaN多量子讲，可以收到同样的效果。采用Ala82Inai8N作电子阻挡层时可以有效 阻挡电子流入P型层，提高有源区的电子空穴复合效率。以上方法都可以提高紫外LED最 终的输出功率。
为描述本发明的具体内容，以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详 细说明，其中图1是本发明的方法流程示意图；图2是本发明的结构示意图。
具体实施例方式请参阅图1及图2所示，本发明提供一种紫外LED的制作方法，包括下述步骤步骤1 取一衬底1，该衬底1为蓝宝石衬底或硅衬底；步骤2 在衬底1上依次生长成核层2、n型层3，所述成核层2为低温AlN层或低温 GaN层，其中低温AlN层的生长温度为550_650°C，低温GaN层2的生长温度为500-600°C， 该成核层2的厚度为10-50nm ；所述η型层3为高温AlGaN或GaN层，其中AWaN层的生长 温度为1000-1150°C，GaN层的生长温度为950-1100°C，该η型层3的厚度为0. 5-2 μ m ；步骤3 在η型层3上生长多量子阱层4，所述多量子阱层4是AUnN/AKiaN、 AUnN/GaN或AUnN/lnGaN，其阱层厚度为1. 0-6. Onm，垒层厚度为5. 0_20nm，周期数为 2-10 ；步骤4 在多量子阱层4上依次生长电子阻挡层5、ρ型层6，所述电子阻挡层5为 AlInN层，掺杂类型为ρ型，生长温度为720-850°C，厚度为20-50nm ；所述ρ型层6为MGaN 层或GaN层，其中AlGaN层的生长温度为1000-1150°C，GaN层的生长温度为950-1100°C， 该P型层6的厚度为0. 1-0. 5 μ m,完成结构的生长。实例请再参阅图1及图2，本发明提供一种紫外LED的制作方法，包括下述步骤步骤1 取蓝宝石一衬底1 ；步骤2 在衬底1上依次生长成核层2、η型层3，所述成核层2为低温GaN，其生 长温度为550°C，厚度为30nm ；所述η型层3为高温GaN层，其生长温度为1050°C，厚度为 1. 5 μ m ；步骤3 在η型层3上生长多量子阱层4，所述多量子阱层4为AlhN/GaN，其阱层 厚度为3. Onm，垒层厚度为12. Onm，周期数为5 ；步骤4 在多量子阱层4上分别生长电子阻挡层5、ρ型层6，所述电子阻挡层5为 AlInN层，其掺杂类型为ρ型，生长温度为800°C，厚度为30nm ；所述ρ型层6为GaN层，其 生长温度为1000°C，厚度为，0. 2 μ m,完成结构的生长。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种紫外LED的制作方法，包括下述步骤步骤1 取一衬底；步骤2 在衬底上依次生长成核层和η型层；步骤3 在η型层上生长多量子阱层；步骤4 在多量子阱层上生长电子阻挡层和ρ型层，完成结构的生长。
2.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。
3.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述成核层为低温AlN层或低温 GaN层，所述低温AlN层的生长温度为550_650°C，低温GaN的生长温度为500_600°C，该成 核层的厚度为10-50nm。
4.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述η型层为高温AKiaN层或GaN 层，其中MGaN的生长温度为1000-1150°C，GaN的生长温度为950-1100°C，该η型层的厚 度为 0. 5-2 μ m0
5.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述多量子阱层的周期数为 2-10。
6.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述多量子阱层是AUnN/AWaN、 AlInN/GaN或AUnNAnfeiN,其中阱层厚度为1. 0-6. Onm，垒层厚度为5. 0_20nm。
7.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述电子阻挡层为AlInN层，其掺 杂类型为P型，生长温度为720-850°C，厚度为20-50nm。
8.根据权利要求1所述的紫外LED的制作方法，其中所述ρ型层为AlGaN层或GaN层， 其中AlGaN层的生长温度为1000-11501，6鄉层的生长温度为950-11001，该？型层的厚 度为 0. 1-0. 5 μ m。
全文摘要
本发明提供一种紫外LED的制作方法，包括下述步骤步骤1取一衬底；步骤2在衬底上依次生长成核层和n型层；步骤3在n型层上生长多量子阱层；步骤4在多量子阱层上生长电子阻挡层和p型层，完成结构的生长。本发明可以解决白光固态照明中用紫外光激射RGB荧光粉产生白光这一方法中紫外LED输出功率低的问题。
文档编号H01L33/06GK102148300SQ20111006386
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者刘乃鑫, 刘喆, 吴奎, 王军喜, 贠利君 申请人:中国科学院半导体研究所