專利名稱：一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)以及含有該外延結(jié)構(gòu)的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
白光LED具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可以工作在高速狀態(tài)等諸多優(yōu)點(diǎn)，其用途越來越廣，政府正大力推廣。目前，通常采用藍(lán)光LED激發(fā)非透明的黃色熒光粉通過波長轉(zhuǎn)換來 制作白光LED，由于藍(lán)光LED持續(xù)點(diǎn)亮?xí)斐蓽囟壬?，波長轉(zhuǎn)換材料會發(fā)生退化，藍(lán)光芯片發(fā)出的光通過黃色熒光粉時會發(fā)生散射吸收等現(xiàn)象，使得出光效率不高，同時由于黃色熒光粉涂覆厚度的不均勻也會帶來黃色光圈、藍(lán)色光斑、白光色溫不一致等問題，由此使得用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉生產(chǎn)的白光LED顯色性差、穩(wěn)定性差。如何提高現(xiàn)有的白光LED的顯色性能和穩(wěn)定性正成為當(dāng)今大家最為關(guān)心的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)狀提供一種顯色性好、穩(wěn)定性好的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)。為解決上述關(guān)于ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，包括外延片，所述外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnO襯底、GaN過渡層、第一 N-GaN接觸層、Ina2Gaa8N/GaN多量子阱發(fā)光層、第一 P-GaN接觸層、N-GaN級聯(lián)層、第二 N-GaN接觸層、In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發(fā)光層和第二 P-GaN接觸層。作為優(yōu)選，所述ZnO襯底的厚度為50 200um。作為優(yōu)選，所述GaN過渡層的厚度為10 lOOnm。作為優(yōu)選，所述第一 N-GaN接觸層、第二 N-GaN接觸層的厚度均為200 IOOOnm。作為優(yōu)選，所述Ina2Gaa8NAiaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 lOOOOnm。作為優(yōu)選，所述第一 P-GaN接觸層、第二 P-GaN接觸層的厚度均為80 600nm。作為優(yōu)選，所述N-GaN級聯(lián)層的厚度為100 lOOOnrn。作為優(yōu)選，所述Ina49Gaa 51N/GaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 lOOOOnm。為解決上述關(guān)于ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)，包括以上所述的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接觸層上設(shè)置有P電極，在第一 N-GaN接觸層上設(shè)置有N電極。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)是在同一塊ZnO襯底上分別生長同時摻雜Si和Zn的Ina2Gaa8NAiaN多量子阱發(fā)光層和Ina49Gaa51NAiaN多量子阱發(fā)光層來得到白光。在500 560nm之間，可以得到寬帶波長的施主-受主對,Si和Zn會發(fā)生施主-受主對相關(guān)的寬帶輻射,而InGaN多量子阱LED發(fā)生帶邊輻射，二者結(jié)合就會產(chǎn)生白光。這種摻雜Si和Zn的InxGahN-GaN多量子阱LED的場致發(fā)光光譜與熒光粉轉(zhuǎn)換得到的白光LED的光譜非常相似。經(jīng)過測量，其色溫為6300K，色坐標(biāo)為(O. 316，O. 312)。由于本實(shí)用新型的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，其發(fā)光質(zhì)量好、顯色性好、穩(wěn)定性好，提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。ZnO的能帶隙和激子束縛能較大，透明度高，有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能，在室溫下，氧化鋅的能帶隙約為3. 3eV。高能帶隙為ZnO帶來擊穿電壓高、維持電場能力強(qiáng)、電子噪聲小、可承受功率高等優(yōu)點(diǎn)。而相對于能帶隙同樣很高的通常采用的氮化鎵材料，ZnO具有更大的激子結(jié)合能(室溫下約60meV)，因而發(fā)光亮度更高。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例中的外延結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中的芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I-ZnO襯底；2_GaN過渡層；3_第一 N-GaN接觸層；4_摻雜Si和Zn的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱發(fā)光層；5-第一 P-GaN接觸層；6-N_GaN級聯(lián)層；7-第二 N-GaN接觸層；8_摻雜Si和Zn的Ina49Gaa 51N/GaN多量子阱發(fā)光層；9_第二 P-GaN接觸層；10_P電極;11-N電極。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，包括外延片，所述外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnO襯底I、GaN過渡層2、第一 N-GaN接觸層3、摻雜Si和Zn的InQ.2GaQ.8N/GaN多量子阱發(fā)光層4、第一 P-GaN接觸層5、N-GaN級聯(lián)層6、第二 N-GaN接觸層7、摻雜Si和Zn的Ina49Gaa51N/GaN多量子阱發(fā)光層8和第二 P-GaN接觸層9。ZnO襯底為納米級材料，能帶隙寬，折射率高、透光率高，具有優(yōu)良的熒光效應(yīng)及電致發(fā)光功能。其中，所述ZnO襯底I的厚度為50 200um,最好為lOOum。其中，所述GaN過渡層2的厚度為10 IOOnm,最好為50nm。其中，所述第一 N-GaN接觸層3、第二 N-GaN接觸層7的厚度均為200 IOOOnm,最好為500nm。其中，所述摻雜Si和Zn的InQ.2GaQ.8N/GaN多量子阱發(fā)光層4的厚度為1000 lOOOOnm,最好為 2000nm。其中，所述第一 P-GaN接觸層5、第二 Ρ-GaN接觸層9的厚度均為80 600nm，最好為250nm。其中，所述N-GaN級聯(lián)層6的厚度為100 lOOOnm，最好為200nm。 其中，所述摻雜Si和Zn的Ina49Gaa51N/GaN多量子阱發(fā)光層8的厚度為1000 lOOOOnm,最好為 2000nm。本實(shí)用新型的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括生長外延片步驟，所述生長外延片步驟如下(a)選擇厚度為50 200um，最好為IOOum的ZnO襯底I，清洗干凈，將ZnO襯底I放在托盤里送入K465i MOCVD外延爐，在605 615 °C下生長GaN過渡層2，直至所述GaN過渡層2的厚度生長到10 IOOnm,厚度為50nm時最好。(b)在所述外延爐內(nèi)，在1055 1065°C生長第一 N-GaN接觸層3，直至所述第一N-GaN接觸層3的厚度生長至200 lOOOnm，厚度為500nm時最好。(c)在所述外延爐內(nèi)，沖入氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)，在685 695°C，最好680°C生長摻雜Si和Zn的Ina2Gaa8NAiaN多量子阱發(fā)光層4，直至所述摻雜Si和Zn的Ina2Gaa8NAiaN多量子阱發(fā)光層4的厚度生長至1000 lOOOOnm，厚度為2000nm時最好。按質(zhì)量比，Si和Zn的摻雜量占該發(fā)光層的0. 15% 0. 25%。(d)在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C，最好1000°C生長第一 P-GaN接觸層5，直至所述第一 P-GaN接觸層5的厚度生長至80 600nm ;厚度為250nm時最好。(e)在所述外延爐內(nèi)，在905 1005°C，最好950°C生長N-GaN級聯(lián)層6，直至所述 N-GaN級聯(lián)層6的厚度生長至100 lOOOnm，厚度為200nm時最好。(f)在所述外延爐內(nèi)，以氮?dú)庾鞅Ｗo(hù)，在685 695°C，最好690°C生長摻雜Si和Zn的Ina49Gaa51N/GaN多量子阱發(fā)光層8，直至所述摻雜Si和Zn的Ina49Gaa51NAiaN多量子阱發(fā)光層8的厚度生長至1000 lOOOOnm，厚度為2000nm時最好。按質(zhì)量比，Si和Zn的摻雜量占該發(fā)光層的0. 15% 0. 25%。(g)在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C，最好1000°C生長第二 P-GaN接觸層9，直至所述第二 P-GaN接觸層9生長至80 600nm，厚度為250nm時最好。最終即制得圖I所示的外延片。如圖2所示，一種ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)，包括圖I所示的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接觸層9上設(shè)置有P電極10，在第一 N-GaN接觸層3上設(shè)置有N電極11。制作出圖I所示的外延片后，按照如下常規(guī)的制作芯片工藝流程，即可制作出圖2所示的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)外延片一清洗一鍍透明電極層一透明電極圖形光刻一腐蝕一去膠一平臺圖形光刻一干法刻蝕一去膠一退火一Si02沉積一窗口圖形光刻一Si02腐蝕一去膠一N極圖形光刻一預(yù)清洗一鍍膜一剝離一退火一P極圖形光刻一鍍膜一剝離一研磨一切割一芯片一成品測試。其中，在制作電極時，P電極10先鍍鋁再鍍鈦，N電極11依次蒸鍍鈦、鋁、鈦、金，以便與外延結(jié)構(gòu)的材料更好地結(jié)合。本實(shí)用新型的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)是在同一塊ZnO襯底上分別生長同時摻雜Si和Zn的Ina2Gaa8N/GaN多量子阱發(fā)光層和Ina49Gaa51NAiaN多量子阱發(fā)光層來得到白光，這種摻雜Si和Zn的InxGahN-GaN多量子阱LED結(jié)構(gòu)也可以采用MOVPE的方法進(jìn)行生長。在500 560nm之間，可以得到寬帶波長的施主-受主對，Si和Zn會發(fā)生施主-受主對相關(guān)的寬帶輻射，而InGaN多量子阱LED發(fā)生帶邊輻射，二者結(jié)合就會產(chǎn)生白光。這種摻雜Si和Zn的InxGahN-GaN多量子阱LED的場致發(fā)光光譜與熒光粉轉(zhuǎn)換得到的白光LED的光譜非常相似。經(jīng)過測量，其色溫為6300K，色坐標(biāo)為(0. 316，0. 312)。由于本實(shí)用新型的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，其發(fā)光質(zhì)量好、顯色性好、穩(wěn)定性好，提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。以上所述為本實(shí)用新型最佳實(shí)施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本實(shí) 用新型的技術(shù)啟示而進(jìn)行的等效變換，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，包括外延片，其特征在于所述外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnO襯底、GaN過渡層、第一 N-GaN接觸層、Ina2Gaa8NAiaN多量子阱發(fā)光層、第一 P-GaN接觸層、N-GaN級聯(lián)層、第二 N-GaN接觸層、Ina49Gaa51N/GaN多量子阱發(fā)光層和第二 P-GaN接觸層。
2.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述ZnO襯底的厚度為50 200um。
3.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述GaN過渡層的厚度為 10 lOOnm。
4.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu),其特征在于所述第一N-GaN接觸層、第二 N-GaN接觸層的厚度均為200 IOOOnm。
5.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述Ina2Gaa8N/GaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 lOOOOnm。
6.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu),其特征在于所述第一P-GaN接觸層、第二 P-GaN接觸層的厚度均為80 600nm。
7.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu),其特征在于所述N-GaN級聯(lián)層的厚度為 100 IOOOnnio
8.如權(quán)利要求I所述的一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu),其特征在于所述Ina49Gaa51NA^aN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 lOOOOnm。
9.一種ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于包括權(quán)利要求I所述的外延片；所述外延片的第二 P-GaN接觸層上設(shè)置有P電極，N-GaN接觸層上設(shè)置有N電極。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)以及含有該外延結(jié)構(gòu)的ZnO襯底芯片結(jié)構(gòu)。所述外延結(jié)構(gòu)的外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnO襯底、GaN過渡層、第一N-GaN接觸層、摻雜Si和Zn的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱發(fā)光層、第一P-GaN接觸層、N-GaN級聯(lián)層、第二N-GaN接觸層、摻雜Si和Zn的In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發(fā)光層和第二P-GaN接觸層。本實(shí)用新型的ZnO襯底外延結(jié)構(gòu)及芯片結(jié)構(gòu)不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，發(fā)光質(zhì)量好、顯色性好、提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L33/06GK202395023SQ20112051948
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者吉愛華, 汪英杰, 王凱敏 申請人:內(nèi)蒙古華延芯光科技有限公司