一种医用LED的制备方法与流程

本公开涉及医学、微电子及半导体工艺，尤其涉及一种采用激光处理手段在ingan/gan多量子阱结构上进行激光退火，再经过二次外延制备出高光输出功率医用led的方法。

背景技术：

1、gan基材料包括氮化镓(gan)、氮化铝(aln)、氮化铟(inn)以及它们组成的三元或者四元合金。gan基材料具有宽禁带、直接带隙、高电子饱和速度、高击穿电场和高热导率等特性，在光电子和微电子领域有很多应用潜力。

2、gan基材料是直接禁带半导体材料，可以通过适当组分的调节，实现带隙从0.7ev(inn)到6.2ev(aln)的连续可调，覆盖整个可见光范围，并包含部分的紫外光和红外光。与传统光源相比，gan基led具有效率高、价格低、寿命长、调制带宽高、调制性能好、响应灵敏度度高的优点，目前已被广泛应用。相对于白光照明、显示技术、背光光源、可见光通信等不同领域，医用led对光输出功率、光源稳定性要求更高。目前蓝光led的内量子效率已经达到80％，然而黄绿光led内量子效率低于50％，红光led内量子效率低于30％，低的内量子效率会导致较低的光输出功率，从而影响光源稳定，因此提高黄绿光led光输出功率已经成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开的主要目的在于提出一种医用led的制备方法，以制备出较高光输出功率的led结构。

2、为达到上述目的，本公开提供了一种医用led的制备方法，该方法包括：

3、对衬底进行外延制备ingan/gan多量子阱层；

4、对ingan/gan多量子阱层进行激光退火，在ingan/gan多量子阱层形成ingan量子点结构；以及

5、对激光退火后的ingan/gan多量子阱层进行二次外延，得到led结构。

6、上述方案中，所述对衬底进行外延制备ingan/gan多量子阱层，包括：

7、准备一衬底；

8、在衬底上外延生长gan低温成核层；

9、在gan低温成核层上外延生长非故意掺杂的gan层；

10、在非故意掺杂的gan层上外延生长重掺杂si的n型gan层；以及

11、在n型gan层上外延生长ingan/gan多量子阱层。

12、上述方案中，所述衬底为c面蓝宝石衬底，厚度为100μm到800μm；所述gan低温成核层的厚度为20-150nm；所述非故意掺杂的gan层的厚度为1-3μm；所述重掺杂si的n型gan层的厚度为0.1-1μm，si杂质含量为1×1018-1×1019atom/cm3，外延生长温度为1050-1200℃；所述在n型gan层上外延生长ingan/gan多量子阱层的步骤中，量子阱和量子垒的生长温度分别为700℃和820℃，控制反应腔的压力为200torr，通入流量为30000sccm的氨气、80sccm的三甲基镓和10sccm的三甲基铟，在n型gan层上生长多对ingan/gan多量子阱结构。

13、上述方案中，所述对ingan/gan多量子阱层进行激光退火，在ingan/gan多量子阱层形成ingan量子点结构，包括：

14、在ingan/gan多量子阱层上蒸镀一层二氧化硅层形成外延片；以及

15、将外延片放置于激光操作台，将激光聚焦于外延片表面，对目标区域进行激光退火，在ingan/gan多量子阱层形成ingan量子点结构。

16、上述方案中，所述在ingan/gan多量子阱层上蒸镀一层二氧化硅层，采用等离子体增强化学气相沉积法，二氧化硅层的厚度为10-30nm。

17、上述方案中，所述对目标区域进行激光退火的步骤中，激光器波长为230-1100nm，激光脉冲宽度为10fs-1ns，激光脉冲频率为1-1000khz，激光扫描速率为1-10000mm/s，激光平均功率为0-5w，激光功率百分比为0-100％，激光光斑直径为1-10000μm，激光光斑间隔为5-1000μm，激光处理次数为1-100次。

18、上述方案中，所述对激光退火后的ingan/gan多量子阱层进行二次外延，得到led结构，包括：

19、对外延片进行清洗，采用湿法腐蚀去除二氧化硅层；

20、在激光退火后的ingan/gan多量子阱层上外延生长掺杂mg的p型gan层，快速热退火后形成样品；

21、对样品进行清洗，并对样品表面进行光刻；

22、采用icp刻蚀台面至n型gan层；

23、光刻pn电极；

24、在光刻胶暴露的低台面位置蒸镀n型的cr/al/ti/au金属层，在光刻胶暴露的高台面蒸镀p型的cr/al/ti/au金属层，并剥离多余金属；

25、对金属进行退火；

26、蒸镀sio2层；

27、光刻sio2层；

28、湿法腐蚀，然后去胶清洗；以及

29、将led外延片进行正装封装，得到led结构。

30、上述方案中，所述对外延片进行清洗，包括：稀释氧化物刻蚀液浸泡1-5min，在65℃丙酮超声清洗5-25min，在室温无水乙醇中浸泡5-25min，清洗完再用去离子水冲净，并用氮气枪吹干；其中，所述氧化物刻蚀液为氢氟酸与水的混合溶液boe。

31、上述方案中，所述在激光退火后的ingan/gan多量子阱层上外延生长掺杂mg的p型gan层，快速热退火后形成样品的步骤中，所述掺杂mg的p型gan层的厚度为0.2-2μm，mg杂质含量为1×1019-5×1020atom/cm3，外延生长温度为900-1100℃，载气为氢气；所述mg杂质激活的条件：温度500-1000℃，气体氛围为氮气，时间为10-60min；快速热退火的空气氛围为氮气，快速热退火的温度为200-400℃，快速热退火的时间为10-60min。

32、上述方案中，所述在光刻胶暴露的低台面位置蒸镀n型的cr/al/ti/au金属层，在光刻胶暴露的高台面蒸镀p型的cr/al/ti/au金属层的步骤中，所述cr/al/ti/au金属层的厚度为10-20nm/10-20nm/10-20nm/10-20nm；所述湿法腐蚀，然后去胶清洗的步骤中，所述湿法腐蚀采用的是氢氟酸与水的混合溶液boe，时间为30-100s；所述去胶清洗采用的是去膜剂，时间为10-15min，超声清洗，然后使用乙醇清洗5-10min，最后用去离子水清洗，并用氮气枪吹干。

33、与现有技术相比，本公开提供的医用led的制备方法，具有以下有益效果：

34、1、本公开提供的医用led的制备方法，通过在ingan/gan多量子阱层上采用激光退火技术，然后再二次外延p型层结构获得led结构，在合适的激光处理条件下，能够有效地增大led的光输出功率。

35、2、本公开提供的医用led的制备方法，通过合适强度的激光退火，在ingan/gan多量子阱层形成了分布不均匀、大小约为3nm的ingan量子点结构。量子点结构的形成可以增大辐射复合效率，提高内量子效率，增大发光强度，使得电子空穴对的辐射复合增大，使得led 350ma下的光输出功率显著提高。

36、3、利用本公开提供的医用led的制备方法，在适当的激光功率下，使得表面量子阱层的in组分发生聚集，形成量子点结构，增大了内量子效率，提高了载流子辐射复合效率，使发光波长发生了红移，光致发光光谱的强度增大。二次外延形成led结构后，提升了led的光输出功率。