一種單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，具體涉及一種單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著InGaN/GaN基發(fā)光二極管(LED)的快速發(fā)展，LED在背光源，全彩色顯示，照明等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用。
[0003]隨著LED的晶體生長工藝和芯片制造技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，LED的發(fā)光效率已經(jīng)在很高水平。市場對單芯片白光芯片、單芯片發(fā)射多波長、單芯片顏色可調(diào)等功能更全面的LED芯片開始具有更大的需求。
[0004]GaN材料中的缺陷以及缺陷相關(guān)的能級對GaN基LED的性能有很大的影響。在特殊情況下，注入LED的載流子會在缺陷能級之間躍迀并輻射出對應(yīng)能量的光子。
[0005]M.A.Reshchikov等人發(fā)現(xiàn)當p_GaN中同時存在N空位(Vn)以及Mg替為Ga(VN-MgGa)缺陷能級和Ga空位(Vea)缺陷能級時，在p_GaN的光致發(fā)光光譜中會出現(xiàn)紅色焚光現(xiàn)象(“Luminescence properties of defects in GaN，，，Journalof AppliedPhysics, 2005年97卷061301頁)，但他們并沒有利用缺陷發(fā)光原理制造出能夠發(fā)射對應(yīng)光譜的LED芯片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法制備的GaN基LED結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生缺陷能級復(fù)合發(fā)光，實現(xiàn)LED發(fā)出的光的顏色調(diào)節(jié)。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法包括下步驟:
[0008]I)取GaN基LED，再在GaN基LED中的P-GaN層上開設(shè)若干通孔，然后再在GaN基LED中的電子阻擋層上開設(shè)若干凹槽，使GaN基LED中的電子阻擋層上的凹槽正對GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔，GaN基LED中的電子阻擋層上任意一個凹槽與GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔形成一個孔洞；
[0009]2)給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀，然后再進行加熱處理，使GaN基LED中的P-GaN層中的Ga原子向金屬銀中擴散，并在GaN基LED中的P-GaN層內(nèi)產(chǎn)生Ga空位缺陷，得單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)。
[0010]所述孔洞的直徑為20納米-1000納米。
[0011]相鄰兩個孔洞之間的間距為20納米-1000納米。
[0012]所述孔洞的高為50納米-1000納米。
[0013]步驟2)熱處理過程中的溫度為100°C _600°C，熱處理的時間為lmin_60min。
[0014]所述GaN基LED為水平結(jié)構(gòu)LED芯片、倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
[0015]通過蒸發(fā)或者濺射的方法給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法通過給GaN基LED上開設(shè)孔洞，再給各孔洞內(nèi)填入金屬銀，然后進行加熱處理，使GaN基LED中的P-GaN層中的Ga原子向金屬銀中擴散，并在GaN基LED中的P-GaN層內(nèi)產(chǎn)生Ga空位缺陷，從而引入大量的缺陷能級，在使用時，器件缺陷能級的能帶寬度大概為1.8eV對應(yīng)于紅光光譜，當在本發(fā)明兩端施加電壓大于1.8V且小于量子阱開啟電壓時，LED會輻射缺陷能級對應(yīng)的紅光；當在本發(fā)明兩端施加的電壓大于量子阱開啟電壓后，LED量子阱開始發(fā)光，由于量子阱的發(fā)光效率遠高于缺陷能級發(fā)光效率，隨著電流增大，量子阱發(fā)光效率會很快超過缺陷能級發(fā)光效率，隨著注入電流的增大LED的發(fā)光波長會發(fā)生顯著變化，從而通過本發(fā)明實現(xiàn)LED發(fā)出的光的顏色調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，實用性極強。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明應(yīng)用到水平結(jié)構(gòu)LED芯片中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明應(yīng)用到倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明應(yīng)用到垂直結(jié)構(gòu)LED芯片中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4(a)為55mil*55mil垂直結(jié)構(gòu)LED芯片在不同電流注入下的發(fā)光光譜圖；
[0022]圖4(b)為本發(fā)明兩端在不同電流下光譜對應(yīng)的CIE坐標圖；
[0023]圖4 (C)為本發(fā)明在400mA下的點亮照片圖；
[0024]圖4 (d)為本發(fā)明在100mA下的點亮照片圖；
[0025]圖4(e)為本發(fā)明在1600mA下的點亮照片圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述:
[0027]參考圖1、圖2及圖3，本發(fā)明所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法包括下步驟:
[0028]I)取GaN基LED，再在GaN基LED中的P-GaN層上開設(shè)若干通孔，然后再在GaN基LED中的電子阻擋層上開設(shè)若干凹槽，使GaN基LED中的電子阻擋層上的凹槽正對GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔，GaN基LED中的電子阻擋層上任意一個凹槽與GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔形成一個孔洞；
[0029]2)給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀，然后再進行加熱處理，使GaN基LED中的P-GaN層中的Ga原子向金屬銀中擴散，并在GaN基LED中的P-GaN層內(nèi)產(chǎn)生Ga空位缺陷，得單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)。
[0030]步驟2)熱處理過程中的溫度為100°C _600°C，熱處理的時間為lmin_60min。
[0031]通過蒸發(fā)或者濺射的方法給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀。
[0032]需要說明的是，所述孔洞的直徑為20納米-1000納米；相鄰兩個孔洞之間的間距為20納米-1000納米；孔洞的高為50納米-1000納米；GaN基LED為水平結(jié)構(gòu)LED芯片、倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
[0033]當GaN基LED為水平結(jié)構(gòu)LED芯片時，GaN基LED自下到上依次包括藍寶石襯底、非故意摻雜GaN層、n-GaN層、量子阱、電子阻擋層、p-GaN層、氧化銦錫(ITO)層、Ni/Au電極及η電極；當GaN基LED為倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片時，GaN基LED包括藍寶石襯底、非故意摻雜GaN層、n-GaN層、量子講、電子阻擋層、p-GaN層、η電極、Ni/Ag電極、倒裝芯片襯底、η電極與襯底粘結(jié)結(jié)構(gòu)及微納米孔洞；當GaN基LED為垂直結(jié)構(gòu)LED芯片時，GaN基LED包括n-GaN層、量子講、電子阻擋層、p-GaN層、η電極、Ni/Ag電極、金屬鍵合層及W/Cu襯底。
[0034]圖4 (a)為55mil*55mil垂直結(jié)構(gòu)LED芯片在不同電流注入下的發(fā)光光譜；圖4(13)為不同電流下光譜對應(yīng)的CIE坐標圖；圖4(c)、圖4(d)及圖4(e)分別為LED芯片在400mA，100mA和1600mA下的點亮照片，可見隨著注入電流的增大，本發(fā)明專利對應(yīng)的LED芯片的發(fā)光光譜從紅色逐漸變?yōu)榱税咨?br>【主權(quán)項】
1.一種單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下步驟: 1)取GaN基LED，再在GaN基LED中的P-GaN層上開設(shè)若干通孔，然后再在GaN基LED中的電子阻擋層上開設(shè)若干凹槽，使GaN基LED中的電子阻擋層上的凹槽正對GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔，GaN基LED中的電子阻擋層上任意一個凹槽與GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔形成一個孔洞； 2)給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀，然后再進行加熱處理，使GaN基LED中的P-GaN層中的Ga原子向金屬銀中擴散，并在GaN基LED中的P-GaN層內(nèi)產(chǎn)生Ga空位缺陷，得單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述孔洞的直徑為20納米-1000納米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，相鄰兩個孔洞之間的間距為20納米-1000納米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述孔洞的高為50納米-1000納米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟2)熱處理過程中的溫度為100°C _600°C，熱處理的時間為lmin-60min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述GaN基LED為水平結(jié)構(gòu)LED芯片、倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，通過蒸發(fā)或者濺射的方法給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)的制備方法，包括下步驟：1)取GaN基LED，再在GaN基LED中的P-GaN層上開設(shè)若干通孔，然后再在GaN基LED中的電子阻擋層上開設(shè)若干凹槽，使GaN基LED中的電子阻擋層上的凹槽正對GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔，GaN基LED中的電子阻擋層上任意一個凹槽與GaN基LED中的P-GaN層上對應(yīng)通孔形成一個孔洞；2)給GaN基LED上的各孔洞內(nèi)填入金屬銀，然后再進行加熱處理，使GaN基LED中的P-GaN層中的Ga原子向金屬銀中擴散，并在GaN基LED中的P-GaN層內(nèi)產(chǎn)生Ga空位缺陷，得單芯片顏色可調(diào)的GaN基LED結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的GaN基LED結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生缺陷能級復(fù)合發(fā)光，實現(xiàn)LED發(fā)出的光的顏色調(diào)節(jié)。
【IPC分類】H01L33/02, H01L33/00
【公開號】CN104993026
【申請?zhí)枴緾N201510257010
【發(fā)明人】云峰, 黃亞平, 熊瀚
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年5月19日