一种UVLED外延结构的制作方法

本实用新型涉及led外延生长技术领域和近紫外uvled固化技术领域。

背景技术：

紫外固化是一种公认的环保节能的固化技术，它是利用紫外光（uv）照射有机涂层使之发生聚合反应最终固化的过程。传统uv光源使用汞灯，因含有毒物质汞，国际上多国已签署关于禁止含汞产品的生产和销售，我国也将于2020年全面执行《水俣公约》禁止含汞的uv灯具的产品生产与进出口。而uvled因其具有低能耗、长寿命、无汞污染、瞬间开启、低压安全等优点而成为替代汞灯最合适的光源，目前已经广泛使用于固化行业。

但相对于传统汞灯在紫外波段的连续光谱，uvled由于受到半导体材料禁带光谱宽度的限制，波长分布极其狭窄，目前应用于固化行业的只有365nm、385nm、395nm、405nm等几个波段。而油墨等有机涂层对紫外长波和短波的吸收率不同，导致短波uv只能工作于涂层表层，长波uv工作于涂层深层，因此在固化时一般需要采用多个不同波段的uvled混合曝光，或者分次曝光，势必会造成工序增多、设备增加，能耗增加等缺点。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种将三种不同的uv波长集成于同一led芯片上的uvled外延结构。

本实用新型的uvled外延结构自下而上包括：衬底、缓冲层、非故意掺杂algan层、n型掺杂algan层、多量子阱有源层、电子阻挡层和p型掺杂algan层，特点是：所述多量子阱有源层包括多量子阱有源层第一发光层、多量子阱有源层第二发光层和多量子阱有源层第三发光层；所述多量子阱有源层第一发光层、多量子阱有源层第二发光层和多量子阱有源层第三发光层横向分布于所述n型掺杂algan层上；所述电子阻挡层横向分布于所述多量子阱有源层第一发光层、多量子阱有源层第二发光层和多量子阱有源层第三发光层上。

本实用新型将三种uv波长集成在单个led芯片上，能够有效克服现有技术的缺点。当led芯片在正向导通时，三组量子阱层发射不同波长的紫外光。

本实用新型具有以下优良效果：

1、本实用新型集三种波长的uv光源于同一led芯片上，应用于固化行业，可减少uv光源数量和曝光工序，相应地，减少了固化设备数量及配套设施，并降低能耗，节省成本。

2、基于三种波长集成的结构，可以根据固化光源的光强需要，灵活设计芯片结构，或制作三波长多芯片集成结构，简化封装与应用的工艺制作流程，降低了产品失效率，提升终端产品开发效率。

3、本实用新型提供的复合波长型多量子阱有源层，相当于外延级别的集成，与传统的三种或多种波长封装体集成的固化方案相比，可以极大降低封装体积、减少封装消耗，降低制造成本，提高功率密度，改善固化效果。

进一步地，本实用新型

所述多量子阱有源层第一发光层由5～15对第一发光量子阱inx1ga1-x1n和第一发光量子势垒alyga1-yn组成，其中，x1为0～0.02，y为0～0.2。

所述多量子阱有源层第二发光层由5～15对第二发光量子阱inx2ga1-x2n和第二发光量子势垒alyga1-yn组成，其中，x2为0.02～0.04，y为0～0.2。

所述多量子阱有源层第三发光层由5～15对第三发光量子阱inx3ga1-x3n和第三发光量子势垒alyga1-yn组成，其中，x3为0.04～0.07，y为0～0.2。

本实用新型中x1为0～0.02，用于调节第一发光量子阱激发波长在365nm附近。

x2为0.02～0.04，用于调节第二发光量子阱激发波长在385nm附近。

x3为0.04～0.07，用于调节第三发光量子阱激发波长在395nm附近。

y为0～0.2，用于调节量子势垒与量子阱的能带差，起到限制电子与空穴在量子阱中复合的作用。

附图说明

图1为本实用新型的uvled外延结构示意图。

图2至图4分别为制备过程示意图。

图示说明：

10：衬底；

20：缓冲层；

30：非故意掺杂algan层；

40：n型掺杂algan层；

41：绝缘介质掩膜层；

50：多量子阱有源层第一发光层；

51：绝缘介质掩膜层；

60：多量子阱有源层第二发光层；

61：绝缘介质掩膜层；

70：多量子阱有源层第三发光层；

80：电子阻挡层；

90：p型掺杂algan层。

具体实施方式

一、具体步骤如下：

步骤一，提供一种衬底10，衬底10的材料可以是蓝宝石、硅、碳化硅、氮化铝中的任意一种，但是不限于此。

步骤二，用mocvd在衬底10上依次外延生长gan或aln缓冲层20、非故意掺杂algan层30和n型掺杂algan层40。

步骤三，在n型掺杂algan层40上，用pecvd第一次沉积绝缘介质掩膜层41，厚度约为250nm，通过光刻工艺刻蚀掉多量子阱有源层第一发光层50生长区域的绝缘介质掩膜层，直至露出n型掺杂algan层40。

步骤四，在多量子阱有源层第一发光层50生长区域内用mocvd外延生长5～15对inx1ga1-x1n量子阱和alyga1-yn量子势垒，以此形成厚度约为250nm的多量子阱有源层第一发光层50，生长过程中通入h2，通过改变h2脉冲流量，调控in组分x1值为0～0.02，通过改变al流量，调控al组分y值为0～0.2，可激发出365nm的紫外光，如图2所示。

步骤五，在经过步骤四处理后取得的外延结构上用pecvd第二次沉积绝缘介质掩膜层51，厚度约为100nm，通过光刻工艺刻蚀掉多量子阱有源层第二发光层60生长区域的绝缘介质掩膜层，直至露出n型掺杂algan层40。

步骤六，在多量子阱有源层第二发光层60生长区域内用mocvd外延生长5～15对inx2ga1-x2n量子阱和alyga1-yn量子势垒，以此形成厚度约为250nm的多量子阱有源层第二发光层60，生长过程中通入h2，通过改变h2脉冲流量，调控in组分x2值为0.02～0.04，通过改变al流量，调控al组分y值为0～0.2，可激发出385nm的紫外光，如图3所示。

步骤七，在经过步骤六处理后取得的外延结构上用pecvd第三次沉积绝缘介质掩膜层61，厚度约为100nm，通过光刻工艺刻蚀掉多量子阱有源层第三发光层70生长区域的绝缘介质掩膜层，直至露出n型掺杂algan层40。

步骤八，在多量子阱有源层第三发光层70生长区域内用mocvd外延生长5～15对inx3ga1-x3n量子阱和alyga1-yn量子势垒，以此形成厚度约为250nm的多量子阱有源层第三发光层70，生长过程中通入h2，通过改变h2脉冲流量，调控in组分x3值为0.04～0.07，通过改变al流量，调控al组分y值为0～0.2，可激发出395nm的紫外光，如图4所示。

步骤九，在经过步骤八处理后取得的外延结构上通过光刻工艺刻蚀掉多量子阱有源层第一发光层50和多量子阱有源层第二发光层60上的绝缘介质掩膜层51和61。

步骤十，在经过步骤九处理后取得的外延结构上依次外延生长电子阻挡层80和p型掺杂algan层90，如图1所示。

以上制作过程中绝缘介质掩膜层的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝中的任意一种，但是不限于此。

二、形成的产品结构说明：

如图1所示，外延结构自下而上分别包括：衬底10、缓冲层20、非故意掺杂algan层30、n型掺杂algan层40、多量子阱有源层（多量子阱有源层第一发光层50、多量子阱有源层第二发光层60和多量子阱有源层第三发光层70）、电子阻挡层80和p型掺杂algan层90。

多量子阱有源层第一发光层50、多量子阱有源层第二发光层60和多量子阱有源层第三发光层70横向分布于n型掺杂algan层40上，并且，电子阻挡层80横向分布于多量子阱有源层第一发光层50、多量子阱有源层第二发光层60和多量子阱有源层第三发光层70上。

多量子阱有源层第一发光层50由5～15对第一发光量子阱inx1ga1-x1n和第一发光量子势垒alyga1-yn组成，其中，x1为0～0.02，y为0～0.2。

多量子阱有源层第二发光层60由5～15对第二发光量子阱inx2ga1-x2n和第二发光量子势垒alyga1-yn组成，其中，x2为0.02～0.04，y为0～0.2。

多量子阱有源层第三发光层70由5～15对第三发光量子阱inx3ga1-x3n和第三发光量子势垒alyga1-yn组成，其中，x3为0.04～0.07，y为0～0.2。