一种医用LED的制备方法技术

本公开涉及医学、微电子及半导体工艺技术领域，公开了一种医用LED的制备方法，包括：对衬底进行外延制备InGaN/GaN多量子阱层；对InGaN/GaN多量子阱层进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构；对激光退火后的InGaN/GaN多量子阱层进行二次外延，得到LED结构。利用本公开，通过在InGaN/GaN多量子阱层上采用激光退火技术，使得表面量子阱层的In组分发生聚集，形成量子点结构，增大了内量子效率，提高了载流子辐射复合效率，使发光波长发生了红移，光致发光光谱的强度增大，二次外延形成LED结构后，大大提升了LED的光输出功率。功率。功率。

【技术实现步骤摘要】
一种医用LED的制备方法


[0001]本公开涉及医学、微电子及半导体工艺
，尤其涉及一种采用激光处理手段在InGaN/GaN多量子阱结构上进行激光退火，再经过二次外延制备出高光输出功率医用LED的方法。

技术介绍

[0002]GaN基材料包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)以及它们组成的三元或者四元合金。GaN基材料具有宽禁带、直接带隙、高电子饱和速度、高击穿电场和高热导率等特性，在光电子和微电子领域有很多应用潜力。
[0003]GaN基材料是直接禁带半导体材料，可以通过适当组分的调节，实现带隙从0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)的连续可调，覆盖整个可见光范围，并包含部分的紫外光和红外光。与传统光源相比，GaN基LED具有效率高、价格低、寿命长、调制带宽高、调制性能好、响应灵敏度度高的优点，目前已被广泛应用。相对于白光照明、显示技术、背光光源、可见光通信等不同领域，医用LED对光输出功率、光源稳定性要求更高。目前蓝光LED的内量子效率已经达到80％，然而黄绿光LED内量子效率低于50％，红光LED内量子效率低于30％，低的内量子效率会导致较低的光输出功率，从而影响光源稳定，因此提高黄绿光LED光输出功率已经成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本公开的主要目的在于提出一种医用LED的制备方法，以制备出较高光输出功率的LED结构。
[0005]为达到上述目的，本公开提供了一种医用LED的制备方法，该方法包括：
[0006]对衬底进行外延制备InGaN/GaN多量子阱层；
[0007]对InGaN/GaN多量子阱层进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构；以及
[0008]对激光退火后的InGaN/GaN多量子阱层进行二次外延，得到LED结构。
[0009]上述方案中，所述对衬底进行外延制备InGaN/GaN多量子阱层，包括：
[0010]准备一衬底；
[0011]在衬底上外延生长GaN低温成核层；
[0012]在GaN低温成核层上外延生长非故意掺杂的GaN层；
[0013]在非故意掺杂的GaN层上外延生长重掺杂Si的n型GaN层；以及
[0014]在n型GaN层上外延生长InGaN/GaN多量子阱层。
[0015]上述方案中，所述衬底为c面蓝宝石衬底，厚度为100μm到800μm；所述GaN低温成核层的厚度为20
‑
150nm；所述非故意掺杂的GaN层的厚度为1
‑
3μm；所述重掺杂Si的n型GaN层的厚度为0.1
‑
1μm，Si杂质含量为1
×
10
18
‑1×
10
19
atom/cm3，外延生长温度为1050
‑
1200℃；所述在n型GaN层上外延生长InGaN/GaN多量子阱层的步骤中，量子阱和量子垒的生长温度
分别为700℃和820℃，控制反应腔的压力为200Torr，通入流量为30000sccm的氨气、80sccm的三甲基镓和10sccm的三甲基铟，在n型GaN层上生长多对InGaN/GaN多量子阱结构。
[0016]上述方案中，所述对InGaN/GaN多量子阱层进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构，包括：
[0017]在InGaN/GaN多量子阱层上蒸镀一层二氧化硅层形成外延片；以及
[0018]将外延片放置于激光操作台，将激光聚焦于外延片表面，对目标区域进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构。
[0019]上述方案中，所述在InGaN/GaN多量子阱层上蒸镀一层二氧化硅层，采用等离子体增强化学气相沉积法，二氧化硅层的厚度为10
‑
30nm。
[0020]上述方案中，所述对目标区域进行激光退火的步骤中，激光器波长为230
‑
1100nm，激光脉冲宽度为10fs
‑
1ns，激光脉冲频率为1
‑
1000kHz，激光扫描速率为1
‑
10000mm/s，激光平均功率为0
‑
5W，激光功率百分比为0
‑
100％，激光光斑直径为1
‑
10000μm，激光光斑间隔为5
‑
1000μm，激光处理次数为1
‑
100次。
[0021]上述方案中，所述对激光退火后的InGaN/GaN多量子阱层进行二次外延，得到LED结构，包括：
[0022]对外延片进行清洗，采用湿法腐蚀去除二氧化硅层；
[0023]在激光退火后的InGaN/GaN多量子阱层上外延生长掺杂Mg的p型GaN层，快速热退火后形成样品；
[0024]对样品进行清洗，并对样品表面进行光刻；
[0025]采用ICP刻蚀台面至n型GaN层；
[0026]光刻PN电极；
[0027]在光刻胶暴露的低台面位置蒸镀n型的Cr/Al/Ti/Au金属层，在光刻胶暴露的高台面蒸镀p型的Cr/Al/Ti/Au金属层，并剥离多余金属；
[0028]对金属进行退火；
[0029]蒸镀SiO2层；
[0030]光刻SiO2层；
[0031]湿法腐蚀，然后去胶清洗；以及
[0032]将LED外延片进行正装封装，得到LED结构。
[0033]上述方案中，所述对外延片进行清洗，包括：稀释氧化物刻蚀液浸泡1
‑
5min，在65℃丙酮超声清洗5
‑
25min，在室温无水乙醇中浸泡5
‑
25min，清洗完再用去离子水冲净，并用氮气枪吹干；其中，所述氧化物刻蚀液为氢氟酸与水的混合溶液BOE。
[0034]上述方案中，所述在激光退火后的InGaN/GaN多量子阱层上外延生长掺杂Mg的p型GaN层，快速热退火后形成样品的步骤中，所述掺杂Mg的p型GaN层的厚度为0.2
‑
2μm，Mg杂质含量为1
×
10
19
‑5×
10
20
atom/cm3，外延生长温度为900
‑
1100℃，载气为氢气；所述Mg杂质激活的条件：温度500
‑
1000℃，气体氛围为氮气，时间为10
‑
60min；快速热退火的空气氛围为氮气，快速热退火的温度为200
‑
400℃，快速热退火的时间为10
‑
60min。
[0035]上述方案中，所述在光刻胶暴露的低台面位置蒸镀n型的Cr/Al/Ti/Au金属层，在光刻胶暴露的高台面蒸镀p型的Cr/Al/Ti/Au金属层的步骤中，所述Cr/Al/Ti/Au金属层的厚度为10...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医用LED的制备方法，其特征在于，该方法包括：对衬底进行外延制备InGaN/GaN多量子阱层；对InGaN/GaN多量子阱层进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构；以及对激光退火后的InGaN/GaN多量子阱层进行二次外延，得到LED结构。2.根据权利要求1所述的医用LED的制备方法，其特征在于，所述对衬底进行外延制备InGaN/GaN多量子阱层，包括：准备一衬底；在衬底上外延生长GaN低温成核层；在GaN低温成核层上外延生长非故意掺杂的GaN层；在非故意掺杂的GaN层上外延生长重掺杂Si的n型GaN层；以及在n型GaN层上外延生长InGaN/GaN多量子阱层。3.根据权利要求2所述的医用LED的制备方法，其特征在于，所述衬底为c面蓝宝石衬底，厚度为100μm到800μm；所述GaN低温成核层的厚度为20
‑
150nm；所述非故意掺杂的GaN层的厚度为1
‑
3μm；所述重掺杂Si的n型GaN层的厚度为0.1
‑
1μm，Si杂质含量为1
×
10
18
‑1×
10
19
atom/cm3，外延生长温度为1050
‑
1200℃；所述在n型GaN层上外延生长InGaN/GaN多量子阱层的步骤中，量子阱和量子垒的生长温度分别为700℃和820℃，控制反应腔的压力为200Torr，通入流量为30000sccm的氨气、80sccm的三甲基镓和10sccm的三甲基铟，在n型GaN层上生长多对InGaN/GaN多量子阱结构。4.根据权利要求1所述的医用LED的制备方法，其特征在于，所述对InGaN/GaN多量子阱层进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构，包括：在InGaN/GaN多量子阱层上蒸镀一层二氧化硅层形成外延片；以及将外延片放置于激光操作台，将激光聚焦于外延片表面，对目标区域进行激光退火，在InGaN/GaN多量子阱层形成InGaN量子点结构。5.根据权利要求4所述的医用LED的制备方法，其特征在于，所述在InGaN/GaN多量子阱层上蒸镀一层二氧化硅层，采用等离子体增强化学气相沉积法，二氧化硅层的厚度为10
‑
30nm。6.根据权利要求4所述的医用LED的制备方法，其特征在于，所述对目标区域进行激光退火的步骤中，激光器波长为230
‑
1100nm，激光脉冲宽度为10fs
‑
1ns，激光脉冲频率为1
‑
1000kHz，激光扫描速率为1
‑
10000mm/s，激光平均功率为0
‑
5W，激光功率百分比为0
‑
100％，激光光斑直径为1
‑
10000μm，激光光斑间隔为5
‑
100...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云奇，柴宁莉，王新维，张宁，王军喜，令狐恩强，
申请(专利权)人：中国人民解放军总医院第一医学中心，
类型：发明
国别省市：