一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，其中制作方法包括：在蓝宝石衬底上依次沉积GaN缓冲层、N型GaN、二氧化硅薄膜。利用光刻技术沿蓝宝石衬底[1‑100]和[11‑20]晶向在所述的SiO

GaN based phosphor free spontaneous white LED chip structure and preparation method thereof

The invention relates to a GaN based phosphor free spontaneous white LED chip structure and a preparation method thereof, wherein the fabrication method comprises the following steps of depositing a GaN buffer layer, a N type GaN and a silica film sequentially on a sapphire substrate. The use of lithography to the SiO along the [1 100] and [11 sapphire crystal 20]

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法
：本专利技术属于发光器件制造领域，具体涉及一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法。
技术介绍
：发光二极管被誉为新一代的照明光源，在室内外照明、大屏显示、背光、交通信号灯、汽车灯等各个领域都具有广泛的应用。利用半导体实现白光照明一直是研究的热点，目前常用的而且最为成熟的一种方法是在蓝光LED芯片上涂抹一层黄色荧光粉，使得蓝光和黄光混合形成白光，但是荧光粉的材质对白光LED的衰减影响很大。另一种是利用紫外光LED加RGB三波长荧光粉来达到白光的效果，其发光效率比蓝光好上许多，但该方法仍面临较大的技术瓶颈，也就是如何把荧光粉有效的附着在晶粒上。因此，制备出高效的白光LED芯片，一直是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，在现有的工艺基础上就能实现该结构LED芯片的制备，并且能够实现在无荧光粉的情况下发出白光。为解决上述问题，本专利技术提供了一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，包括如下步骤：提供蓝宝石材料衬底，标记[1-100]和[11-20]晶向；在所述的蓝宝石衬底沉积缓冲层，优选的，缓冲层为GaN薄膜；在所述GaN缓冲层上沉积N型GaN薄膜；在所述N型GaN薄膜上沉积SiO2薄膜，所述的SiO2薄膜厚度为150-300nm；沿蓝宝石衬底[1-100]和[11-20]晶向在所述的SiO2薄膜上进行刻蚀，获得SiO2掩膜。优选的SiO2掩膜的宽度约为8nm，间隔4nm。在所述的SiO2掩膜上依次沉积N型GaN，InGaN/GaN量子阱，P型GaN；刻蚀至N型GaN表面形成与N型GaN层电连接的N型电极，形成与P型GaN电连接的P型电极；附图说明图1-5是本专利技术GaN基白光LED芯片结构的制作方法一实施例中各个步骤的结构示意图。图6为本专利技术实施例中GaN基白光LED外延片的扫描电镜俯视图。图7为本专利技术实施例中GaN基白光LED芯片在150mA的驱动电流下的电致发光谱。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。首先请参考图1，提供衬底100，所述衬底材料为蓝宝石(Al2O3)衬底。在所述衬底材料上沉积一定厚度的缓冲层，优选的，所选的缓冲层为GaN薄膜101。在所述的GaN薄膜101上沉积N型GaN薄膜102。在这之后在N型GaN薄膜102上沉积SiO2薄膜103，实施例中，所述SiO2薄膜厚度20nm。请参考图2、图3，沿着蓝宝石衬底[1-100]和[11-20]晶向在所述的SiO2薄膜103上进行刻蚀，获得图形化SiO2掩膜104。需要说明的是，沿此两个晶向刻蚀SiO2薄膜103为后续生长获得不同晶体结构的GaN薄膜提供了关键性的作用。实例中，所述的SiO2掩膜104的宽度约为8nm，间隔4nm。采用CF4和O2为刻蚀气体，标准光刻工艺和反应离子刻蚀制备图形化SiO2掩膜104，需要说明的是，本实例采用的刻蚀方法和工艺只是本专利技术的一个实例，本专利技术对制备所述SiO2掩膜104的方法不作限定。图2为SiO2掩膜104的剖面示意图，图3为SiO2掩膜104的俯视示意图。请参考图4，在所述SiO2掩膜104上依次沉积N型GaN薄膜105、InGaN/GaN量子阱106a和106b、P型GaN薄膜107。需要说明的是，InGaN/GaN量子阱106a和106b是在同一条件下生长获得的。请参考图5，在所述的P型GaN薄膜表面沉积透明导电层108；刻蚀外延片至N型GaN表面形成与N型GaN层电连接的N型电极109，形成与透明导电层108电连接的P型电极110。具体的，在实施例中，所述的GaN薄膜缓冲层101的生长温度为500℃。所述的N型GaN薄膜102厚度为2μm，生长温度为1010℃。所述的N型GaN薄膜105的生长温度为990℃。所述的InGaN/GaN量子阱106中的GaN势垒层生长温度为780℃，InGaN的生长温度为670℃。所述的P型GaN薄膜107的温度为950℃。图6为实验中制备的GaN基白光LED芯片扫描电镜(SEM)的俯视图。图7为实验中制备的GaN基白光LED器件在150mA驱动电流下的电致发光谱(EL)。从图中可以看出，本专利技术制备的量子阱发光峰具有445nm和560nm两个发光峰。这是由于在c面(0001)生长的InGaN量子阱106a中In组分含量相比在半极性面(1-101)上生长的InGaN量子阱106b高，使得同一芯片上生长的量子阱能够发出两种波段的光，这种两波段的光谱重叠使得LED芯片发出近似白光，从而实现无荧光粉的GaN基白光LED的制备。此外，需要说明的是，虽然本专利技术披露如上，但本专利技术并非限定于此。本专利技术的LED芯片结构可以但不限于采用上述的制作方法得到。任何本领域技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围内，均可作各种改动与修改，因此本专利技术的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，其特征在于，包括：提供蓝宝石衬底，在衬底正面沉积缓冲层、N型GaN、SiO

【技术特征摘要】
1.一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，其特征在于，包括：提供蓝宝石衬底，在衬底正面沉积缓冲层、N型GaN、SiO2薄膜；沿蓝宝石衬底[1-100]和[11-20]晶向在所述的SiO2薄膜上进行刻蚀，获得SiO2掩膜；在所述的SiO2掩膜上依次沉积N型GaN，InGaN/GaN量子阱，P型GaN；刻蚀至N型GaN表面形成与N型GaN层电连接的N型电极，形成与P型GaN电连接的P型电极。2.根据权利要求1所述的一种GaN基无荧光粉自发白光LED芯片结构及其制备方法，其特征在于：在所述的SiO2薄膜上沿蓝宝石衬底[1-100]和[11-20]晶向进行刻蚀形成凹槽开口，便于横向外延过生长GaN薄膜。3.根据权利要求1所述的一种GaN基无...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国锋，汪金，张秀梅，谢峰，钱维莹，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32