专利名称：一种白光led外延结构、白光led芯片结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体照明技术领域，具体地说，涉及一种白光LED的外延结构以及包含有该外延结构的白光LED芯片结构。
背景技术：
白光LED具有节能、环保、寿命长、可以工作在高速状态等诸多优点，其用途越来越广，政府正大力推广。目前，通常采用蓝光LED激发非透明的黄色荧光粉通过波长转换来制作白光LED，由于蓝光LED持续点亮会造成温度升高，波长转换材料会发生退化，蓝光芯片发出的光通过黄色荧光粉时会发生散射吸收等现象，使得出光效率不高，同时由于黄色荧光粉涂覆厚度的不均勻也会带来黄色光圈、蓝色光斑、白光色温不一致等问题，由此使得用蓝光LED激发黄色荧光粉生产的白光LED显色性差、稳定性差。如何提高现有的白光LED的显色性能和稳定性正成为当今大家最为关心的问题。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现状提供一种显色性好、稳定性好的白光LED外延结构以及包含有该外延结构的白光LED芯片结构。为解决上述关于白光LED外延结构的技术问题，本实用新型的技术方案是一种白光LED外延结构，包括外延片，所述外延片包括从下至上依次设置的ZnS衬底、GaN过渡层、第一 N-GaN接触层、掺杂Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层、第一 P-GaN接触层、N-GaN级联层、第二 N-GaN接触层、掺杂Si和Si的Ina49GEia51NAkiN多量子阱发光层和第二 P-GaN接触层。作为优选，所述ZnS衬底的厚度为50 200um。作为优选，所述GaN过渡层的厚度为10 100 nm。作为优选，所述第一 N-GaN接触层、第二 N-GaN接触层的厚度均为200 1000 nm。作为优选，所述掺杂Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层的厚度为1000 IOOOOnm0作为优选，所述第一 P-GaN接触层、第二 P-GaN接触层的厚度均为80 600nm。作为优选，所述N-GaN级联层的厚度为100 1000 nm。作为优选，所述掺杂Si和Si的La49Giia51NAiaN多量子阱发光层的厚度为1000 IOOOOnm0为解决上述关于白光LED芯片结构的技术问题，本实用新型的技术方案是一种白光LED芯片结构，包括以上所述的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接触层上设置有P 电极，在第一 N-GaN接触层上设置有N电极。由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是由于本实用新型的白光 LED外延结构是在同一块ZnS衬底上分别生长同时掺杂Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层和Ina49Giia51NAiaN多量子阱发光层来得到白光。在500 560nm之间，可以得到
3宽带波长的施主-受主对，Si和Si会发生施主-受主对相关的宽带辐射，而InGaN多量子阱LED发生带边辐射，二者结合就会产生白光。这种掺杂Si和Si的InrGahN-GaN多量子阱LED的场致发光光谱与荧光粉转换得到的白光LED的光谱非常相似。经过测量，其色温为 6300K，色坐标为(0. 316,0. 312)。由于本实用新型的白光LED外延结构以及包含有该外延结构的白光LED芯片结构不用涂覆荧光粉，因此从根本上摆脱了荧光粉的束缚，其发光质量好、显色性好、稳定性好，提高了工作稳定性和使用寿命，减少了封装工序，可以使从白光 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。ZnS为纳米级材料，能带隙宽，折射率高、透光率高，采用ZnS作衬底具有优良的荧光效应及电致发光功能。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
图1是本实用新型实施例中的外延结构示意图；图2是本实用新型实施例中的芯片结构示意图；图中I-ZnS衬底；2- GaN过渡层；3_第一 N-GaN接触层；4_掺杂Si和Si的 Ina2GEia8NAkiN多量子阱发光层；5-第一 P-GaN接触层；6- N-GaN级联层；7-第二 N-GaN接触层；8-掺杂Si和Si的Ina49GEia51NAkiN多量子阱发光层；9-第二 P-GaN接触层；10-P电极；Il-N电极。
具体实施方式
如图1所示，一种白光LED外延结构，包括外延片，所述外延片包括从下至上依次设置的ZnS衬底1、GaN过渡层2、第一 N-GaN接触层3、掺杂Si和Si的InQ.2G￡ia8N/GaN多量子阱发光层4、第一 P-GaN接触层5、N-GaN级联层6、第二 N-GaN接触层7、掺杂Si和Si 的Ina49Giia51NAiaN多量子阱发光层8和第二 P-GaN接触层9。ZnS衬底为纳米级材料，能带隙宽，折射率高、透光率高，具有优良的荧光效应及电致发光功能。其中，所述ZnS衬底1的厚度为50 200um，最好为100 um。其中，所述GaN过渡层2的厚度为10 100 nm，最好为50 nm。其中，所述第一 N-GaN接触层3、第二 N-GaN接触层7的厚度均为200 1000 nm, 最好为500 nm。其中，所述掺杂Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层4的厚度为1000 lOOOOnm，最好为 2000 nm。其中，所述第一 P-GaN接触层5、第二 Ρ-GaN接触层9的厚度均为80 600nm，最好为250 nm。其中，所述N-GaN级联层6的厚度为100 1000 nm，最好为200nm。其中，所述掺杂Si和的Ina49Giia51NAiaN多量子阱发光层8的厚度为1000 lOOOOnm，最好为 2000nm。本实用新型的白光LED外延结构的制作方法，包括生长外延片步骤，所述生长外延片步骤如下(a)选择厚度为50 200um，最好为100 um的ZnS衬底1，清洗干净，将ZnS衬底1放在托盘里送入K465i MOCVD外延炉，在605 615°C下生长GaN过渡层2，直至所述 GaN过渡层2的厚度生长到10 100 nm，厚度为50 nm时最好。(b)在所述外延炉内，在1055 1065°C生长第一 N-GaN接触层3，直至所述第一 N-GaN接触层3的厚度生长至200 1000 nm,厚度为500 nm时最好。(c)在所述外延炉内，冲入氮气作保护，在685 695°C，最好680°C生长掺杂Si和 Zn的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层4，直至所述掺杂Si和Si的Ina2G^1.8N/GaN多量子阱发光层4的厚度生长至1000 lOOOOnm，厚度为2000 nm时最好。按质量比，Si和Si的掺杂量占该发光层的0. 15% 0. 25%。(d)在所述外延炉内，在995 1005°C，最好1000°C生长第一 P-GaN接触层5，直至所述第一 P-GaN接触层5的厚度生长至80 600nm ；厚度为250 nm时最好。(e)在所述外延炉内，在905 1005°C，最好950°C生长N-GaN级联层6，直至所述 N-GaN级联层6的厚度生长至100 1000 nm,厚度为200nm时最好。(f)在所述外延炉内，以氮气作保护，在685 695°C，最好690°C生长掺杂Si和 Zn的Ina49G￡ia51N/GaN多量子阱发光层8，直至所述掺杂Si和Si的Ina49Giici. 51N/GaN多量子阱发光层8的厚度生长至1000 lOOOOnm，厚度为2000 nm时最好。按质量比，Si和Si的掺杂量占该发光层的0. 15% 0. 25%。(g)在所述外延炉内，在995 1005°C，最好1000°C生长第二 P-GaN接触层9，直至所述第二 P-GaN接触层9生长至80 600nm，厚度为250 nm时最好。最终即制得图1所示的外延片。如图2所示，一种白光LED芯片结构，包括图1所示的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接触层9上设置有P电极10，在第一 N-GaN接触层3上设置有N电极11。制作出图1所示的外延片后，按照如下常规的制作芯片工艺流程，即可制作出图2 所示的白光LED芯片结构外延片一清洗一镀透明电极层一透明电极图形光刻一腐蚀一去胶一平台图形光刻一干法刻蚀一去胶一退火一Si02沉积一窗口图形光刻一Si02腐蚀一去胶一N极图形光刻一预清洗一镀膜一剥离一退火一P极图形光刻一镀膜一剥离一研磨 —切割一芯片一成品测试。其中，在制作电极时，P电极10先镀铝再镀钛，N电极11依次蒸镀钛、铝、钛、金，以便与外延结构的材料更好地结合。本实用新型的白光LED外延结构是在同一块ZnS衬底上分别生长同时掺杂Si和 Zn的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层和Ina49G^l51NAiaN多量子阱发光层来得到白光，这种掺杂Si和Si的InrGanN-GaN多量子阱LED结构也可以采用MOVPE的方法进行生长。在 500 560nm之间，可以得到宽带波长的施主-受主对，Si和Si会发生施主-受主对相关的宽带辐射，而InGaN多量子阱LED发生带边辐射，二者结合就会产生白光。这种掺杂Si 和Si的InrGahN-GaN多量子阱LED的场致发光光谱与荧光粉转换得到的白光LED的光谱非常相似。经过测量，其色温为6300K，色坐标为(0.316,0. 312)。由于本实用新型的白光 LED外延结构以及包含有该外延结构的白光LED芯片结构不用涂覆荧光粉，因此从根本上摆脱了荧光粉的束缚，其发光质量好、显色性好、稳定性好，提高了工作稳定性和使用寿命， 减少了封装工序，可以使从白光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。以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种白光LED外延结构，包括外延片，其特征在于所述外延片包括从下至上依次设置的ZnS衬底、GaN过渡层、第一 N-GaN接触层、掺杂Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱发光层、第一 P-GaN接触层、N-GaN级联层、第二 N-GaN接触层、掺杂Si和Si的La49Giia51N/ GaN多量子阱发光层和第二 P-GaN接触层。
2.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述ZnS衬底的厚度为 50 200um。
3.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述GaN过渡层的厚度为 10 100 nm。
4.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述第一N-GaN接触层、 第二 N-GaN接触层的厚度均为200 1000 nm。
5.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述掺杂Si和Si的 Ina2GEia8NAiaN多量子阱发光层的厚度为1000 lOOOOnm。
6.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述第一P-GaN接触层、 第二 P-GaN接触层的厚度均为80 600nm。
7.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述N-GaN级联层的厚度为 100 1000 nm。
8.如权利要求1所述的一种白光LED外延结构，其特征在于所述掺杂Si和Si的 In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱发光层的厚度为1000 lOOOOnm。
9.一种白光LED芯片结构，其特征在于包括权利要求1至8中任一项所述的外延片； 所述外延片的第二 P-GaN接触层上设置有P电极，N-GaN接触层上设置有N电极。
专利摘要本实用新型公开了一种白光LED外延结构以及含有该外延结构的白光LED芯片结构。所述外延结构的外延片包括从下至上依次设置的ZnS衬底、GaN过渡层、第一N-GaN接触层、掺杂Si和Zn的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱发光层、第一P-GaN接触层、N-GaN级联层、第二N-GaN接触层、掺杂Si和Zn的In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱发光层和第二P-GaN接触层。本实用新型的白光LED外延结构及芯片结构不用涂覆荧光粉，因此从根本上摆脱了荧光粉的束缚，发光质量好、显色性好、提高了工作稳定性和使用寿命，减少了封装工序，可以使从白光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。
文档编号H01L33/06GK202259400SQ20112042081
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月29日 优先权日2011年10月29日
发明者吉爱华, 李玉芝, 祝菡菡 申请人:潍坊广生新能源有限公司