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      藍(lán)光發(fā)光二極管的制作方法

      文檔序號:6935490閱讀:226來源:國知局
      專利名稱:藍(lán)光發(fā)光二極管的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管,更具體地說,涉及藍(lán)光發(fā)光二極管。
      背景技術(shù)
      大功率的藍(lán)光發(fā)光二極管主要用在鐵路照明、道路照明、井下照明,正在向民用照 明發(fā)展,其節(jié)能環(huán)保效果顯著。外延結(jié)構(gòu)是發(fā)光二極管的核心部分,目前最成熟且最具效率的藍(lán)光發(fā)光二極管是 采用氮化鎵(GaN)作為外延結(jié)構(gòu)的基本材料,其具有發(fā)光效率高的特點(diǎn)。其通常的結(jié)構(gòu)是, 在襯底上生長有GaN基材料和器件的外延層。由于藍(lán)寶石襯底具有穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高 的優(yōu)點(diǎn),能夠運(yùn)用在高溫生長過程及易于處理和清洗。因此,大多數(shù)設(shè)計都以藍(lán)寶石作為襯 底,藍(lán)寶石是一種絕緣體,常溫下的電阻率大于1011 Ω/cm,不能通過摻雜而改變其導(dǎo)電性, 在這種情況下無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件,通常只在外延層的上表面制作η型和ρ型電極。在藍(lán)光發(fā)光二極管的制作中,晶格的匹配是一個重大的課題,也就是說外延材料 與襯底材料的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配小、結(jié)晶性能好、缺陷密度低,才不致于 因應(yīng)力的因素導(dǎo)致晶格缺陷?,F(xiàn)有的一種大功率藍(lán)光發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)如圖1所示,是在襯片層101的上 面自下而上地依次形成有藍(lán)寶石襯底102、低溫GaN緩沖層103、N-GaN接觸104、InGaN/GaN 發(fā)光層105、P+GaN接觸106、透明導(dǎo)電層107。該外延結(jié)構(gòu)中,由于GaN與藍(lán)寶石襯底的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)相差很大,因此 晶格失配度相當(dāng)大,也就是說GaN與藍(lán)寶石AI2O3晶格不匹配,所以,若在藍(lán)寶石襯底上生長 GaN,容易造成大量的晶格缺陷,而這些缺陷過多就會造成發(fā)生擊穿,從而大大降低器件抗 靜電能力,容易導(dǎo)致器件失效,影響其性能參數(shù)。其原因是,由于GaN的電阻率較高,在生產(chǎn) 過程中因靜電產(chǎn)生的感生電荷不易消失,累積到一定程度后,就會產(chǎn)生很高的靜電電壓,當(dāng) 靜電電壓超過材料的承受能力時,會發(fā)生擊穿現(xiàn)象并放電。此外,采用藍(lán)寶石襯底的芯片的 正負(fù)電極均位于芯片上面,間距很小,對靜電的承受能力很小,極易被靜電擊穿,使器件失 效,導(dǎo)致利用這種外延結(jié)構(gòu)形成的發(fā)光二極管容易損害。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的大功率藍(lán)光發(fā)光二極管中存在的抗靜電能力差的問題,提 供一種適合大批量生產(chǎn)、抗靜電能力強(qiáng)、可靠性高的藍(lán)光發(fā)光二極管。為解決上述問題,本發(fā)明提供的一種藍(lán)光發(fā)光二極管,在襯片層的上面自下而上 地依次形成藍(lán)寶石襯底、InGaN過渡層、AIGaN過渡層、低溫GaN緩沖層、N-GaN接觸層、 InGaN/GaN發(fā)光層、P+GaN接觸層、透明導(dǎo)電層。另外,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述透明導(dǎo)電層為Ni/Au導(dǎo)電層。另外,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述藍(lán)寶石襯底層的厚度為50-200um。此外,更優(yōu)先的結(jié)構(gòu)是,所述藍(lán)寶石襯底層的厚度為80um。
      再者,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述InGaN過渡層的厚度為5um-20um。另外,更優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述InGaN過渡層的厚度為8um-10um。此外,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述AlGaN過渡層的厚度為5um-20um。再者,更優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述AlGaN過渡層的厚度為Sum-IOum本發(fā)明的主要特征是,在InGaN層之前又加入了三層緩沖層來減少晶格失配。 InGaN層能提供一個較好的表面擴(kuò)散系數(shù),但它與GaN的晶格失配更加嚴(yán)重,所以要加入一 層過渡層;AlGaN過渡層具有從InGaN到GaN的過渡作用;GaN層作為襯底,能夠?yàn)楦哔|(zhì)量的 InGaN的生長提供基礎(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明的如上所述的結(jié)構(gòu),可以明顯提高藍(lán)光發(fā)光二極管的抗靜電能力,在 保證亮度和電壓的同時,能夠具有很好的穩(wěn)定性,改善了外延生長條件,增強(qiáng)了外延結(jié)構(gòu)的 抗靜電能力,使用壽命也有了較大提高。


      圖1是表示現(xiàn)有的藍(lán)光發(fā)光二極管的具體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是表示本發(fā)明涉及的藍(lán)光發(fā)光二極管的具體結(jié)構(gòu)的示意圖。
      具體實(shí)施例方式下面,結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
      。圖2是表示本發(fā)明涉及的藍(lán)光發(fā)光二極管的具體結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2所示,藍(lán) 光發(fā)光二極管的具體結(jié)構(gòu)是,在襯片層201的上面自下而上地依次形成有藍(lán)寶石襯底202、 InGaN過渡層208、AIGaN過渡層209、低溫GaN緩沖層203、N_GaN接觸層204、InGaN/GaN發(fā) 光層205、P+GaN接觸層206、Ni/Au透明電極層207。在此,在所述藍(lán)寶石襯底202和GaN緩沖層203之間形成有兩層過渡層,其中 InGaN過渡層208與藍(lán)寶石襯底202鄰接,也就是說,由于藍(lán)寶石和InGaN的晶格常數(shù)相差 不大,并且InGaN具有一個良好的表面擴(kuò)散系數(shù),可以很好地同藍(lán)寶石相匹配;再者,AIGaN 過渡層209形成在InGaN過渡層208和低溫GaN緩沖層203之間,由于InGaN過渡層208 的加入加重了藍(lán)寶石襯底202與GaN緩沖層203的晶格失衡缺陷,為此,必須選取一種更好 的材料來緩沖晶格缺陷,一種較好的材料是AIGaN,它可以很好地中和GaN和InGaN的晶格 缺陷,從而使最終產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和抗電流性都有較大程度的改善。各種材料的厚度需要確定一定的界限,如果太薄的話,在生產(chǎn)及加工的過程中,不 容易控制;太厚的話,又容易在整體尺寸上超出設(shè)計,影響發(fā)光二極管的光學(xué)效果。因此,在一個實(shí)施例中,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述藍(lán)寶石襯底202的厚度為50um,InGaN 過渡層208的厚度為5um,AlGaN過渡層209的厚度為5um。在另一個實(shí)施例中,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述藍(lán)寶石襯底202的厚度為200um,InGaN過 渡層208的厚度為20um,AlGaN過渡層209的厚度為20um。而且,在本發(fā)明的又一個實(shí)施例中,優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是,所述藍(lán)寶石襯底202的厚度選 為80um,InGaN過渡層208的厚度為8um_10um,AlGaN過渡層209的厚度為8um_10um。在 該實(shí)施例的情況下,可以很好地控制整體厚度,此外,該厚度尺寸對于生產(chǎn)工藝的要求也不 高,生產(chǎn)出的發(fā)光二極管具有良好的發(fā)光特性。
      在本實(shí)施方式中,在藍(lán)寶石襯底202和低溫GaN緩沖層203之間形成有InGaN過 渡層208和AlGaN過渡層209,AlGaN過渡層209、InGaN過渡層208和GaN緩沖層203相互 作用,在電子空穴部分互相補(bǔ)充,最終能夠達(dá)到良好的匹配,使得晶格失衡得到一定程度的 控制。在采用80um的藍(lán)寶石襯底、8um_10um的InGaN過渡層和8um_10um的AlGaN過渡 層制作了藍(lán)光發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)之后,利用LED-靜電測試儀測試了該藍(lán)光發(fā)光二極 管的抗靜電能力和采用現(xiàn)有外延結(jié)構(gòu)的藍(lán)光發(fā)光二極管的抗靜電能力,其對比情況下面的 表1所示。表1
      權(quán)利要求
      一種藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于,在襯片層的上面自下而上地依次形成藍(lán)寶石襯底、InGaN過渡層、AIGaN過渡層、低溫GaN緩沖層、N GaN接觸層、InGaN/GaN發(fā)光層、P+GaN接觸層、透明導(dǎo)電層。
      2.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述透明導(dǎo)電層為Ni/Au導(dǎo)電層。
      3.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述藍(lán)寶石襯底層的厚度為50-200um。
      4.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述藍(lán)寶石襯底層的厚度為80um。
      5.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述InGaN過渡層厚度為5um_20um。
      6.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述InGaN過渡層的厚度為8um_10um。
      7.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述AlGaN過渡層的厚度為5um-20um。
      8.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)光發(fā)光二極管,其特征在于, 所述AlGaN過渡層的厚度為8um-10um。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及一種藍(lán)光發(fā)光二極管,解決了現(xiàn)有大功率藍(lán)光發(fā)光二極管抗靜電能力差的問題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是,在襯片層的上面自下而上地依次形成藍(lán)寶石襯底、InGaN過渡層、AlGaN過渡層、低溫GaN緩沖層、N-GaN接觸、InGaN/GaN發(fā)光層、P+GaN接觸層、Ni/Au透明電極層。利用這種結(jié)構(gòu)的芯片具有優(yōu)越的穩(wěn)定性,同以往的藍(lán)光發(fā)光二極管相比具有很強(qiáng)的抗靜電能力,能夠明顯提高大功率藍(lán)光發(fā)光二極管的壽命。
      文檔編號H01L33/00GK101989637SQ20091015745
      公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月30日
      發(fā)明者吉愛華, 姜濱 申請人:歌爾聲學(xué)股份有限公司
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