红光发射二极管的制作方法

1.本发明涉及半导体的技术领域，尤其涉及一种红光发射二极管的制作方法。


背景技术：

2.半导体发光二极管(light emitting diode led)作为一种能在紫外、可见和红外光波段发光的器件，具有节能环保、使用寿命长、体积小等特点，其产品已经普遍应用于日常照明和显示领域。而gan作为第三代半导体材料，具有较大的禁带宽带(约为3.4ev),并且还具备高热导率、高击穿场强、高电子漂移饱和速度等优异的物理性能，因此以gan基led受到了人们的重视。目前 gan基的蓝、绿led已经成功地实现商业化，它们主要以ingan/gan量子阱结构为有源区主要材料。ingan合金是由inn和gan按不同组分形成的一种直接带隙半导体，通过改变in的含量，ingan的禁带宽度可从0.69ev（inn）连续变化至3.4ev（gan），覆盖近紫外至红外波段。但是，对于高in组分的红光发射的ingan/gan量子阱结构，in组分容易产生相分凝现象，使得发光峰的位置和半高宽随着电流的变化而变化。这些缺点也限制了ingan/gan量子阱结构的红光led的商业化。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种红光发射二极管的制作方法，该红光发射二极管的制作方法解决了现有半导体发光二极管发光峰的位置和半高宽随着电流的变化而变化的缺陷。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种红光发射二极管的制作方法，包括以下步骤：步骤一、在衬底上通过金属有机物化学气相沉淀方法在表面长一层非掺的gan薄膜；步骤二、在步骤一的非掺的gan薄膜表面生长掺si的n-gan薄膜，厚度在2~4μm，掺杂浓度在1
×
10
18
cm-3
~1
×
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cm-3
；步骤三、在掺si的n-gan薄膜上，通过离子注入将eu离子掺杂到n-gan薄膜中，以加速电压100~300kv，偏离c轴0~10
°
的角度注入，eu离子的掺杂剂量在1
×
10
14
at/cm2~5
×
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15 at/cm2；步骤四、在掺杂eu离子的gan薄膜上继续通过mocvc生长掺mg的p-gan层，厚度为1~3μm，mg离子掺杂浓度2
×
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cm-3
~1
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cm-3
；步骤五、选择性刻蚀掺mg的p-gan层一部分区域露出n-gan薄膜的一部分区域，露出的n-gan薄膜的区域和掺mg的p-gan层顶部形成第一电极、第二电极。
5.上述技术方案中进一步改进的方案如下：1、上述方案中，所述步骤三和步骤四之间在温度1200~-1400 ℃、压力1gpa的n2氛围里退火处理。
6.2、上述方案中，所述步骤一的衬底为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
7.3、上述方案中，所述非掺的gan薄膜的厚度为25~50nm。
8.4、上述方案中，所述步骤五的电极通过蒸镀形成2个电极，2个电极中一个为ti/au层，另一个为ni/au层。
9.5、上述方案中，所述电极在空气气氛中600℃下退火。
10.6、上述方案中，所述步骤四以后，还包括在750-950℃，n2气氛中进行退火。
11.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明红光发射二极管的制作方法，其在gan掺入eu
3+
，eu
3+
的红光发射来自于其内部的5d0至7f2的4f能级跃迁，发光波长受晶体场的影响较小，因此不会出现随注入电流的改变产生发光波长偏移的现象，也不会出现相分凝现象，使得在gan器件中电流变化时，发光的光峰位置和半高宽仍然稳定。当电流从1 ma增加到20 ma时，发光波长峰值仍然稳定在621 nm，半高宽稳定在25 mev。
附图说明
12.附图1为本发明红光发射二极管的结构示意图。
13.以上附图中：1、衬底；2、非掺的gan薄膜；3、n-gan薄膜；4、掺杂eu离子的gan薄膜；5、掺mg的p-gan层；6、第一电极；7、第二电极。
具体实施方式
14.实施例：一种红光发射二极管的制作方法，包括以下步骤：步骤一、在衬底1上通过金属有机物化学气相沉淀mocvd方法在表面长一层非掺的gan薄膜2；步骤二、在步骤一的非掺的gan薄膜2表面生长掺si的n-gan薄膜3，厚度在2~4μm，掺杂浓度在1
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；步骤三、在掺si的n-gan薄膜3上，通过离子注入将eu离子掺杂到n-gan薄膜3形成掺杂eu离子的gan薄膜4中，以加速电压100~300kv，偏离c轴0~10
°
的角度注入，eu离子的掺杂剂量在1
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at/cm2~5
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15 at/cm2；步骤四、在掺杂eu离子的gan薄膜4上继续通过mocvc生长掺mg的p-gan层5，厚度为1~3μm，mg离子掺杂浓度2
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；步骤五、选择性刻蚀掺mg的p-gan层5一部分区域露出n-gan薄膜3的一部分区域，露出的n-gan薄膜3的区域和掺mg的p-gan层5顶部形成第一电极6、第二电极7。
15.上述步骤三和步骤四之间在温度1200~-1400 ℃、压力1gpa的n2氛围里退火处理。
16.上述步骤一的衬底为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。
17.上述非掺的gan薄膜2的厚度为25~50nm。
18.上述步骤五的电极通过蒸镀形成2个电极，2个电极中一个为ti/au层，另一个为ni/au层。
19.上述电极在空气气氛中600℃下退火。
20.上述步骤四以后，还包括在750-950℃，n2气氛中进行退火。
21.采用上述红光发射二极管的制作方法时，其在gan掺入eu
3+
，eu
3+
的红光发射来自于其内部的5d0至7f2的4f能级跃迁，发光波长受晶体场的影响较小，因此不会出现随注入电流的改变产生发光波长偏移的现象，也不会出现相分凝现象，使得在gan器件中电流变化
时，发光的光峰位置和半高宽仍然稳定。
22.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种红光发射二极管的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、在衬底（1）上通过金属有机物化学气相沉淀（mocvd）方法在表面长一层非掺的gan薄膜（2）；步骤二、在步骤一的非掺的gan薄膜（2）表面生长掺si的n-gan薄膜（3），厚度在2~4μm，掺杂浓度在1
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；步骤三、在掺si的n-gan薄膜（3）上，通过离子注入将eu离子掺杂到n-gan薄膜（3）形成掺杂eu离子的gan薄膜（4）中，以100~300kv，偏离c轴0~10
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的角度注入，eu离子的掺杂剂量在1
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15 at/cm2；步骤四、在掺杂eu离子的gan薄膜（4）上继续通过mocvd生长掺mg的p-gan层（5），厚度为1~3μm，mg离子掺杂浓度2
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；步骤五、选择性刻蚀掺mg的p-gan层（5）一部分区域露出n-gan薄膜（3）的一部分区域，露出的n-gan薄膜（3）的区域和掺mg的p-gan层（5）顶部形成第一电极（6）、第二电极（7）。2.根据权利要求1所述的红光发射二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤三和步骤四之间在高温温度1200~-1400 ℃、压力1gpa的n2氛围里退火处理。3.根据权利要求1所述的红光发射二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤一的衬底为蓝宝石衬底或碳化硅衬底。4.根据权利要求1所述的红光发射二极管的制作方法，其特征在于：所述非掺的gan薄膜（2）的厚度为25~50nm。5.根据权利要求1所述的红光发射二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤五的电极通过蒸镀形成2个电极，2个电极中一个为ti/au层，另一个为ni/au层。6.根据权利要求1所述的红光发射二极管的制作方法，其特征在于：所述电极在空气气氛中600℃下退火。7.根据权利要求1所述的红光发射二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤四以后，还包括在750-950℃，n2气氛中进行退火。

技术总结
本发明公开一种红光发射二极管的制作方法，包括以下步骤：在衬底上通过金属有机物化学气相沉淀方法在表面长一层非掺的GaN薄膜；在非掺的GaN薄膜表面生长掺Si的n-GaN薄膜；在掺Si的n-GaN薄膜上，通过离子注入将Eu离子掺杂到n-GaN薄膜形成掺杂Eu离子的GaN薄膜中；在掺杂Eu离子的GaN薄膜上继续通过MOCVC生长掺Mg的p-GaN层；选择性刻蚀掺Mg的p-GaN层一部分区域露出n-GaN薄膜的一部分区域，露出的n-GaN薄膜的区域和掺Mg的p-GaN层顶部形成第一电极、第二电极。本发明红光发射二极管的制作方法解决了现有半导体发光二极管发光峰的位置和半高宽随着电流的变化而变化的缺陷。和半高宽随着电流的变化而变化的缺陷。和半高宽随着电流的变化而变化的缺陷。


技术研发人员：王晓丹 陈华军 王丹 毛红敏 葛丽娟 曾雄辉
受保护的技术使用者：苏州科技大学
技术研发日：2021.11.01
技术公布日：2022/4/22