纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法

摘要

一种纳米无荧光粉白光氮化镓发光二极管的制作方法，包括以下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层1和n-GaN层；步骤3：在n-GaN层上通过纳米技术制作GaN纳米线模板；步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层；步骤5：在GaN过渡层上生长InGaN量子盘；步骤6：在InGaN量子盘上生长p-GaN层，形成基片；步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层内，形成台面；步骤8：在n-GaN层的台面上制作下电极；步骤9：在p-GaN层上制作上电极，完成发光二极管的制作。由于本方法采用的是纳米的模板的基底，能很好地释放应力，从而降低Droop效应，增加LED的发光效率。

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，特别是指一种纳米无荧光粉氮化镓 白光发光二极管的制作方法。

背景技术

氮化镓材料是第三代半导体材料，禁带宽度为3.4ev，由于它的性质 稳定，又是波长位于蓝紫光的直接带隙发光材料，因此是制造蓝紫光发光 二极管(LED)，高迁移率晶体管的材料，国家半导体照明把氮化镓材料列 为中心。但是目前发光二极管面临着很大的问题，蓝光激发黄光荧光粉方 法得到白光发光二极管是目前产业界纷纷采用的。由于荧光粉本身的发光 效率，荧光粉的专利问题，以及荧光粉显色性的范围和可靠性都制约了其 的进一步发展。蓝宝石衬底生长n-GaN，InGaN量子阱，P-GaN结构的蓝光 发光二极管，由于InN同GaN 11％的晶格失配产生的压电极化效应以及GaN 材料本身的自发极化效应产生的量子限制斯塔克效应，导致蓝光发光二极 管发光峰蓝移随电流增加，从而产生Droop效应，大电流下效率降低。另 外蓝宝石与GaN，GaN同InN晶格失配产生的应力使材料出现位错，从而 降低发光二极管的效率。

发明内容

本发明的目的在于，一种纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作 方法。本方法的主要特点是能够实现材料级的氮化镓白光发光二极管，能 取代现有的荧光粉涂敷技术实现白光的技术。同时本技术还能够解决现有 的GaN材料和InGaN材料晶格失配产生的应力问题，由于本方法采用的是 纳米的模板的基底，能很好地释放应力，从而降低Droop效应，增加LED 的发光效率。由于此方法能解决常规氮化镓发光二极管所不能解决的问 题，它将会是下一代发光二极管中扮演重要的角色。

本发明提供一种纳米无荧光粉白光氮化镓发光二极管的制作方法，包 括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层1和n-GaN层；

步骤3：在n-GaN层上通过纳米技术制作GaN纳米线模板；

步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层；

步骤5：在GaN过渡层上生长InGaN量子盘；

步骤6：在InGaN量子盘上生长p-GaN层，形成基片；

步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层内，形成 台面；

步骤8：在n-GaN层的台面上制作下电极；

步骤9：在p-GaN层上制作上电极，完成发光二极管的制作。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附 图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1-图5是本发明方法的制作流程图。

具体实施方式

请参阅图1至图5所示，本发明提供

步骤1：取一衬底10，其中衬底10(参阅图1)包括硅(Si)衬底，蓝宝 石(sapphire)，氮化镓(GaN)衬底等，其表面是平面或微图形PSS，或者纳 米图形。

步骤2：在衬底10上外延生长GaN缓冲层11和n-GaN层12(参阅图 1)，外延的设备是MOCVD(金属有机化合物气相沉积)。

步骤3：在n-GaN层12上通过纳米技术制作GaN纳米线模板。

步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层13(参阅图2)，过渡层 13的作用是用来调节氮化镓纳米线的表面形貌，同时能够起到降低氮化镓 和铟镓氮材料由于晶格不匹配所导致的应力，使得后续生长出来的InGaN 量子盘14的材料质量更好。本发明的技术能够实现尺寸可从20-200nm的 纳米图形的制作，可以很好地解决由于外延沉底和外延材料之间的较大的 晶格失配而引起的应力。由于小尺寸纳米图形效应，它能更好释放应力同 微米图形衬底相比，改善材料质量。

步骤5：在GaN过渡层13上生长InGaN量子盘14(参阅图3)，其中 InGaN量子盘14的In组分可以从0.1-0.4之间变化，这是实现无荧光粉 白光技术的关键所在。

步骤6：在InGaN量子盘14上生长p-GaN层15(参阅图4)，形成基 片；P-GaN层15生长采用二维生长模式，及横向生长速率远大于纵向生长 速率。这样才能保证p-GaN层15能够整体覆盖，满足电流扩展的需要。

步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层12内， 形成台面121(参阅图5)。

步骤8：在n-GaN层12的台面121上制作下电极16(参阅图5)，其 中下电极16为Cr/Pt/Au。

步骤9：在p-GaN层15上制作上电极17(参阅图5)，其中上电极17 为透明导电薄膜ITO和cr/Pt/Au，完成发光二极管的制作。

实施例

请参阅图1-6所示，本发明提供本发明提供纳米无荧光粉氮化镓白光 发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底10，衬底为蓝宝石，厚度为400um。

步骤2：在衬底10上外延生长GaN缓冲层11和n-GaN层12，GaN缓 冲层11和n-GaN层12的厚度分别为2um、3um。

步骤3：在n-GaN层12通过纳米技术制作GaN纳米线模板。纳米图形 模板的尺寸为100nm，深度为500nm。

步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层13。GaN过渡层13的厚 度为20nm。

步骤5：在GaN过渡层14上生长InGaN量子盘14。InGaN量子盘14 为5组InGaN/GaN，In组分的变化为0.15-0.3。

步骤6：在InGaN量子盘14上生长p-GaN层15，p-GaN层15的厚度 为150nm.

步骤7：分别在n-GaN层12和p-GaN层15上制作上、下电极，n-GaN 层12上的下电极为Cr/Pt/Au，厚度分别为5/20/1000nm，p-GaN层15上 的上电极16为ITO/Ni/Au，厚度分别为280/5/1000nm。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想 到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保 护范围应该以权利要求书的保护范围为准。