专利名称：Led外延结构和工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED发光二极管技术，特别是涉及LED外延结构和工艺，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LED外延结构和工艺。本发明的外延结构包括从下至上依次设置的Si衬底、N-GaN接触层、InGaN/GaN蓝光发光层、InGaN/GaN绿光发光层，在hGaN/GaN绿光发光层之上还依次设有AlInGaP红光发光层和P+GaN接触层。进一步的，在Si衬底和N-GaN接触层之间设有GaN过渡层，P+GaN接触层之上设有透明导电层，使外延结构更加合理。从hGaN/GaN蓝光发光层一直深入到Si衬底刻蚀有交替的沟槽结构，Si衬底表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN绿光发光层则部分悬空在沟槽结构上方，Si衬底和 InGaN/GaN蓝光发光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Si衬底的厚度为60 150um、N-GaN接触层的厚度为300 lOOOnm、 hGaN/GaN蓝光发光层的厚度为1000 5000nm、InGaN/GaN绿光发光层的厚度为1000 5000nm、AlInGaP红光发光层的厚度为1000 5000nm、P+GaN接触层的厚度为90 600nm。优选的，所述GAN过渡层的厚度为10 lOOnm，透明导电层的厚度为1 10um。本发明的LED外延结构由hGaN/GaN蓝光发光层发出蓝光、InGaN/GaN绿光发光层发出绿光，AlInGaP红光发光层则可以直接发出红光，蓝光、绿光和红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洗的Si衬底，然后依次按照下列步骤进行(a)将Si衬底放在托盘里送入外延炉，在1055 1065摄氏度下生长N-GaN接触层；(b)接下来以氮气为载体，在685 695摄氏度下生长hGaN/GaN蓝光发光层；(c)继续在外延炉里785 795摄氏度下生长hGaN/GaN绿光发光层，再在795 805摄氏度下生长AlInGaP红光发光层，之后在995 1005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605 615摄氏度下生长 GaN过渡层；在步骤(c)中，生长P+GaN接触层后接下来可再生长透明导电层。完成步骤(b)后，可先将完成的半成品进行选区刻蚀，WhGaN/GaN蓝光发光层一直深入到Si衬底刻蚀成交替的沟槽结构，并在Si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绿光发光层部分在hGaN/GaN蓝光发光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InGaN/GaN蓝光发光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Si衬底1、GaN过渡层2、N-GaN接触层3、InGaN/GaN蓝光发光层4、InGaN/GaN绿光发光层5、AlInGaP红光发光层6、P+GaN接触层7和透明导电层8。并且从hGaN/GaN蓝光发光层4 一直深入到Si衬底1刻蚀有交替的沟槽结构9，Si衬底1表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN绿光发光层 5则部分悬空在沟槽结构9上方。本实施例中Si衬底1的厚度为70um、GaN过渡层2的厚度为25nm、N-GaN接触层 3的厚度为500nm、hGaN/GaN蓝光发光层4的厚度为3000nm、InGaN/GaN绿光发光层5的厚度为3000nm、AlInGaP红光发光层6的厚度为3000nm、P+GaN接触层7的厚度为250nm、 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洗的Si衬底1，然后依次按照下列步骤进行先将Si衬底1放在托盘里送入K465i MOCVD外延炉，在600摄氏度下生长GaN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hGaN/GaN蓝光发光层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hGaN/GaN蓝光发光层4 一直深入到Si衬底 1刻蚀成交替的沟槽结构9，并在Si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绿光发光层5，该hGaN/GaN绿光发光层5部分在hGaN/GaN蓝光发光层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红光发光层6，之后在990摄氏度下生长P+GaN接触层7，再生长透明导电层8。
权利要求
1.LED外延结构和工艺，包括从下至上依次设置的Si衬底、N-GaN接触层、hGaN/GaN 蓝光发光层、hGaN/GaN绿光发光层，其特征为在hGaN/GaN绿光发光层( 之上还依次设有AlInGaP红光发光层(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Si衬底(1)和N-GaN接触层⑶之间设有GaN过渡层(2)，P+GaN接触层(7)之上设有透明导电层(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hGaN/GaN蓝光发光层(4) 一直深入到Si衬底(1)刻蚀有交替的沟槽结构(9)，Si衬底(1)表面还加工密布有纳米坑，hGaN/GaN绿光发光层(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Si衬底(1)的厚度为60 150um、N-GaN接触层(3)的厚度为300 lOOOnm、InGaN/GaN蓝光发光层(4)的厚度为1000 5000nm、hfeiN/feiN绿光发光层(5)的厚度为1000 5000nm、AlInGaP红光发光层(6)的厚度为1000 5000nm、P+GaN接触层(7)的厚度为90 600nm。
5.根据权利要求2所述的白光LED外延结构，其特征为所述GAN过渡层O)的厚度为10 lOOnm，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，准备好清洗过的Si衬底， 然后依次按照下列步骤进行(a)将Si衬底(1)放在托盘里送入外延炉，在1055 1065摄氏度下生长N-GaN接触层⑶；(b)接下来以氮气为载体，在685 695摄氏度下生长hGaN/GaN蓝光发光层(4)；(c)继续在外延炉里785 795摄氏度下生长hGaN/GaN绿光发光层(5)，再在795 805摄氏度下生长AlhGaP红光发光层(6)，之后在995 1005摄氏度下生长P+GaN接触层⑵。
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605 615摄氏度下生长GaN过渡层⑵；在步骤(c)中，生长P+GaN接触层(7)后接下来再生长透明导电层(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hGaN/GaN蓝光发光层(4) 一直深入到Si衬底(1)刻蚀成交替的沟槽结构(9)，并在Si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， hGaN/GaN绿光发光层( 部分在InGaN/GaN蓝光发光层(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
LED外延结构和工艺，外延结构包括从下至上依次设置的Si衬底、N-GaN接触层、InGaN/GaN蓝光发光层、InGaN/GaN绿光发光层、AlInGaP红光发光层和P+GaN接触层。本发明的LED外延结构由InGaN/GaN蓝光发光层发出蓝光、InGaN/GaN绿光发光层发出绿光，AlInGaP红光发光层直接发出红光，蓝光、绿光和红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H01L33/08GK102339919SQ201110324179
公开日2012年2月1日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者何瑞科, 吉爱华, 李虹, 芦增辉, 马新尚 申请人:西安重装渭南光电科技有限公司