一種led雙色光外延片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種LED雙色光外延片及其制備方法，屬于LED發(fā)光二極管領(lǐng)域，本發(fā)明的LED外延片為單片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片，與普通LED外延片相比本發(fā)明的LED外延片多了一種光色,并且多了一個(gè)P\N型GaN層。
【專利說明】一種LED雙色光外延片及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
[0001]本發(fā)明涉及一種LED雙色光外延片及其制備方法，屬于LED發(fā)光二極管領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]外延片是指在一塊加熱至適當(dāng)溫度的襯底基片(主要有藍(lán)寶石、SiC、Si等)上所生長(zhǎng)出的特定單晶薄膜。外延片處于LED產(chǎn)業(yè)鏈中的上游環(huán)節(jié)，是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)含量最高、對(duì)最終產(chǎn)品品質(zhì)、成本控制影響最大的環(huán)節(jié)。
[0003]近年來，下游應(yīng)用市場(chǎng)的繁榮帶動(dòng)我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，外延片市場(chǎng)也迎來發(fā)展良機(jī)。國(guó)內(nèi)LED外延片產(chǎn)能快速提升，技術(shù)水平不斷進(jìn)步，產(chǎn)品已開始進(jìn)入中高檔次。在芯片市場(chǎng)供貨偏緊和各地政策支持力度加大的背景下，2011年我國(guó)LED外延片產(chǎn)能繼續(xù)擴(kuò)張。在區(qū)域分布上，我國(guó)LED外延片企業(yè)主要集中在閩三角地區(qū)、環(huán)渤海灣地區(qū)和珠三角地區(qū)。
[0004]外延片是LED核心器件中的前端高技術(shù)產(chǎn)品，我國(guó)在這一領(lǐng)域的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)目前仍處于“藍(lán)?！彪A段。國(guó)內(nèi)外延片市場(chǎng)的基本格局是外資企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)，本土廠商逐步崛起。為進(jìn)一步完善LED產(chǎn)業(yè)鏈，“十二五”期間各級(jí)政府將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)上游外延片領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的投入，中下游企業(yè)也在積極向上游拓展，國(guó)內(nèi)LED外延片市場(chǎng)發(fā)展前景樂觀。
[0005]目前外延片結(jié)構(gòu)包括:襯底、緩沖層、N型GaN層、多量子阱發(fā)光層、P型GaN層依次排列，不管是用于正裝的芯片制備或者倒裝的芯片制備或者垂直結(jié)構(gòu)的芯片制備，均由上述幾層構(gòu)成，一層緩沖層，一個(gè)多量子阱發(fā)光層，兩個(gè)P\N型GaN層，結(jié)構(gòu)單一，這么多年的研究開發(fā)，外延片從整體結(jié)構(gòu)上仍然沒有任何進(jìn)展性突破。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的為提供一種獨(dú)創(chuàng)性的外延片，所述的外延片為單片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片。實(shí)現(xiàn)在一個(gè)外延片上有兩個(gè)發(fā)光層，并且是不同的兩種顏色的發(fā)光層，可以提高LED發(fā)光二極管的應(yīng)用，另外其具備三P\N型GaN層，可通過P\N型GaN層輸入的不同電壓或電流來調(diào)節(jié)整個(gè)發(fā)光二極管兩種光色的混合色，以符合燈具的應(yīng)用需求。
[0007]本發(fā)明的單片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片依次包括:襯底，及在襯底上依次生長(zhǎng)的緩沖層、η型GaN層、有源層、ρ型GaN層、有源層、η型GaN層，或者襯底，及在襯底上依次生長(zhǎng)的緩沖層、P型GaN層、有源層、η型GaN層、有源層、ρ型GaN層。機(jī)構(gòu)圖見圖la、圖 lb。
[0008]本發(fā)明的LED外延片的雙色光選自紅光、藍(lán)光或綠光中兩種。
[0009]本發(fā)明LED外延片的有源層分別選自:藍(lán)光量子阱、綠光量子阱、紅光量子阱中兩種。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的為提供單外延片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片制備成藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管的方法。
[0011]本發(fā)明LED外延片采用MOCVD設(shè)備制備，利用高純NH3做N源、磷烷PH3做P源，高純H2或者高純N2或他們的混合氣體做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn和三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和Al源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做η型Si摻雜源和P型Mg摻雜源，具體制備方法如下:在MOCVD反應(yīng)室中加熱襯底，用Η2或Ν2或者Η2和Ν2的混合氣體作為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和ΝΗ3生長(zhǎng)GaN成核層；然后利用Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層；然后外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；在量子阱層上生長(zhǎng)Mg摻雜的P型AlGaN電子阻擋層和Mg摻雜的P型GaN層，再生長(zhǎng)一層Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在P型Mg摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層。
[0012]或者:
在MOCVD反應(yīng)室中加熱襯底，用Η2或Ν2或者Η2和Ν2的混合氣體作為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和ΝΗ3生長(zhǎng)GaN成核層；然后利用Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層；然后生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型GaN層，再在ρ型GaN層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在ρ型Mg摻雜的AlGaN電子阻擋層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；Η2做為載氣，在有源層上外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；在量子阱層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層和Mg摻雜的ρ型GaN層。
[0013]本發(fā)明中LED外延片中，當(dāng)有源層分別為藍(lán)光量子阱、綠光量子阱中兩種時(shí)，生長(zhǎng)InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)，有源層中In的組分質(zhì)量分別選自20%_50%或10%_30%兩種，相應(yīng)波長(zhǎng)為 410-480nm 或 480_570nm。
[0014]本發(fā)明中LED外延片中，當(dāng)有源層其中一層為紅光量子阱時(shí)，進(jìn)一步加入三甲基鋁TEAl做Al源和磷烷PH3生長(zhǎng)ALGAINP量子阱有源層，控制In組分質(zhì)量為30_60%，發(fā)光波長(zhǎng)為 620-760nm。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的為提供一種雙光色、三電極的LED芯片。所述的LED芯片依次包括:襯底、緩沖層、P\N型GaN層、P\N電極、有源層、P\N型GaN層、P\N電極、有源層、P\N型GaN層、P\N電極。結(jié)構(gòu)圖如圖2a、圖2b所示。
[0016]本發(fā)明所述的雙光色、三電極的LED芯片，其中三層P\N型GaN層分別為一層P型GaN層，兩層N型GaN層或一層N型GaN層，兩層P型GaN層，對(duì)應(yīng)三個(gè)電極為一個(gè)P電極，兩個(gè)N電極,或者一個(gè)N電極,兩個(gè)P電極。
[0017] 本發(fā)明所述的單外延片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片制備成藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管的方法，通過對(duì)LED發(fā)光二級(jí)管中電流的控制實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠兩光的控制，雙N型GaN層上分別做N1、N2電極，ρ型GaN層上做P電極，N1至P極、N2至P極的電流分別為I1'12，11、12在0到5八范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，利用Ip 12不同電流的配比，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙色光的調(diào)節(jié)。當(dāng)I1=OA時(shí)，OA < I2≤ 5Α時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)綠光；當(dāng)I2=OA時(shí)，OA < I1≤ 5Α時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)藍(lán)光。當(dāng)Ip I2均不為OA時(shí)，該發(fā)光二極管發(fā)的為藍(lán)綠混合光。I1U2優(yōu)選調(diào)節(jié)范圍為O到1A，當(dāng)I1=OA時(shí)，OA < I2 ^ IA時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)綠光；當(dāng)I2=OA時(shí)，OA < I1S IA時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)藍(lán)光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]本發(fā)明中附圖僅為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋，不得作為本發(fā)明發(fā)明范圍的限制。
[0019]圖la、圖1b本發(fā)明LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖圖2a、圖2b本發(fā)明LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖1為P電極、2為N電極、3為P型氮化鎵層、4為N型氮化鎵層具體實(shí)施方法
本發(fā)明的實(shí)施例僅為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
能實(shí)施本發(fā)明，不得作為本發(fā)明發(fā)明范圍的限制。
[0020]實(shí)施例1藍(lán)綠芯片制備
MOCVD設(shè)備，利用高純NH3做N源、磷烷PH3做P源，高純H2或者高純N2或他們的混合氣體做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn和三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和Al源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做η型Si摻雜源和ρ型Mg摻雜源，具體制備方法如下: 預(yù)處理:在MOCVD反應(yīng)室中把襯底加熱到1030°C，用Η2作為載氣，高溫處理時(shí)間為1500 秒；
緩沖層制備:把襯底溫度降低到560°C，利用H2做為載氣，通入三甲基鎵TMGa和NH3生長(zhǎng)20-40nm厚的GaN成核層；然后把襯底溫度升高到1000°C -1100°C之間，利用H2做為載氣，外延生長(zhǎng)1-2微米厚的非故意摻雜GaN層；
η型GaN層制備:然后把襯底溫度升高到800°C -1100°C之間，利用H2做為載氣，外延生長(zhǎng)2-4微米厚的η型Si摻雜的GaN層，摻雜濃度控制在-5.0Ε+18--1.5Ε+19 cm-3 ；
有源層制備:將襯底溫度降到780°C ±25°C，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，In的濃度控制在40%左右，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；
P型GaN層制備:將襯底溫度升高到900-950°C，在量子阱層上生長(zhǎng)30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm-3的ρ型AlGaN電子阻擋層和150nm厚的Mg摻雜濃度在1.0E+21cm_3的P型GaN層，再生長(zhǎng)一層30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm_3的ρ型AlGaN電子阻擋層；
有源層制備:將襯底溫度降到780°C ±25°C，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，In的濃度控制在20%左右，在P型Mg摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；
η型GaN層制備:把襯底溫度升高到800°C -1100°C之間，H2做為載氣，外延生長(zhǎng)2_4微米厚的η型Si摻雜的GaN層，摻雜濃度控制在-5.0Ε+18--1.5Ε+19 cm_3。
[0021 ] 生長(zhǎng)完成后，經(jīng)退火處理，進(jìn)入芯片制程，蝕刻電極平臺(tái)，制備電極等，經(jīng)研磨切割后制備芯片，點(diǎn)測(cè)得三電極兩發(fā)光層的芯片。
[0022]實(shí)施例2紅綠外延片制備采用MOCVD設(shè)備制備，利用高純NH3做N源、磷烷PH3做P源，高純H2或者高純N2或他們的混合氣體做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn和三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和Al源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做η型Si摻雜源和ρ型Mg摻雜源，具體制備方法如下:
預(yù)處理:在MOCVD反應(yīng)室中把襯底加熱到1000°C -1100°C之間，用H2和N2的混合氣體作為載氣，高溫處理時(shí)間為800秒；
緩沖層制備:把襯底溫度降低到500-600°C之間，利用H2做為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和NH3生長(zhǎng)20_40nm厚的GaN成核層；然后把襯底溫度升高到1000C -1100°c之間，利用H2做為載氣，外延生長(zhǎng)1_2微米厚的非故意摻雜GaN層；
P型GaN層制備:然后把襯底溫度升高到900-950°C之間，150nm厚的Mg摻雜濃度在1.0E+21cm-3的ρ型GaN層，再在ρ型GaN層上生長(zhǎng)一層30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm-3的ρ型AlGaN電子阻擋層；
有源層制備:將襯底溫度降到780°C ±25°C，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在ρ型Mg摻雜的AlGaN電子阻擋層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；η型GaN層制備:把襯底溫度升高到800°C-1100°C之間，Η2做為載氣，在有源層上外延生長(zhǎng)2-4微米厚的η型Si摻雜的GaN層，摻雜濃度控制在-5.0Ε+18--1.5Ε+19 cm-3 ；
有源層制備:將襯底溫度降到780V ±25°C，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，加入三甲基鋁TEAl做Al源和磷烷PH3生長(zhǎng)ALGAINP量子阱有源層，控制In組分質(zhì)量為55%，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；
P型GaN層制備:將襯底溫度升高到900-950°C，在量子阱層上生長(zhǎng)30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm-3的ρ型AlGaN電子阻擋層和150nm厚的Mg摻雜濃度在1.0E+21cm_3的P型GaN層。
[0023] 經(jīng)退火處理，所得的外延片為紅綠兩層有源層的外延片。
【權(quán)利要求】
1.一種LED雙色光外延片，其特征在于所述的LED外延片為單外延片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于雙色光選自:紅、綠、藍(lán)中的兩種色光，三P\N型GaN層選自:兩P型一個(gè)N型或兩N型一個(gè)P型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于GaN外延片包括襯底，及在襯底上依次生長(zhǎng)的緩沖層、η型GaN層、有源層、ρ型GaN層、有源層、η型GaN層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外延片，其特征在于兩層有源層分別選自:藍(lán)光量子阱、綠光量子阱、紅光量子阱中兩種。
5.權(quán)利要求1所述的單外延片雙色光三Ρ\Ν型GaN層的LED外延片制備成藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管的方法，其特征在于雙N型GaN層上分別做N1、Ν2電極，ρ型GaN層上做P電極，N1至P極、N2至P極的電流分別為Ip 12，11、12在0到5Α范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于當(dāng)I1=OA時(shí)，OA< I2 < 5Α時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)綠光。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于當(dāng)I1=OA時(shí)，OA< I2≤IA時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)綠光。
8.權(quán)利要求5所 述的方法，其特征在于當(dāng)I2=OA時(shí)，OA< I1 ( 5Α時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)藍(lán)光。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于當(dāng)I2=OA時(shí)，OA< I1≤IA時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)藍(lán)光。
10.權(quán)利要求1-4所述的外延片的制備方法，其特征在于采用MOCVD設(shè)備制備，利用高純?chǔ)?做N源、磷烷ΡΗ3做P源，高純?chǔ)?或者高純?chǔ)?或他們的混合氣體做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn和三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和Al源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做η型Si摻雜源和ρ型Mg摻雜源，具體制備方法如下:在MOCVD反應(yīng)室中加熱襯底，用Η2或Ν2或者Η2和Ν2的混合氣體作為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和ΝΗ3生長(zhǎng)GaN成核層；然后利用Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層；然后外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；在量子阱層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層和Mg摻雜的ρ型GaN層，再生長(zhǎng)一層Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在P型Mg摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層； 或者: 在MOCVD反應(yīng)室中加熱襯底，用Η2或Ν2或者Η2和Ν2的混合氣體作為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和ΝΗ3生長(zhǎng)GaN成核層；然后利用Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層；然后生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型GaN層，再在ρ型GaN層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在ρ型Mg摻雜的AlGaN電子阻擋層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；Η2做為載氣，在有源層上外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；在量子阱層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層和M g摻雜的p型GaN層。
【文檔編號(hào)】H01L33/14GK104051585SQ201310081351
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月14日
【發(fā)明者】林桂榮 申請(qǐng)人:江蘇漢萊科技有限公司