户外照明光源光效提高方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010154489.3 (22)申请日 2020.03.07 (71)申请人 孙蕾蕾 地址 230093 安徽省合肥市肥西县桃花镇 和昌中央悦府 (72)发明人 孙蕾蕾 (51)Int.Cl. H01L 33/00(2010.01) H01L 33/06(2010.01) (54)发明名称 户外照明光源光效提高方法 (57)摘要 本发明提供了一种户外照明光源光效提高 方法， 包括依次在基板上形成半结晶性层、 未掺 杂层、 N型掺杂层、 有源层、 P型掺杂层； 所述有源 层包。

2、括周期性重叠的量子阱层和量子垒层， 量子 阱层为铟镓氮层， 量子垒层为氮化镓层， 形成至 少其中之一量子阱层后通入铟源， 通入铟源后通 入碳源， 通入碳源后形成量子垒层。 本发明通过 在形成量子阱层后通入铟源， 在铟镓氮表面形成 铟处理层， 铟处理层上通入碳源， 高温下碳源分 解并与铟处理层接触形成碳二维结构， 铟处理层 与碳二维结构结合一方面进一步增加量子阱层 势阱深度， 同时提高载流子浓度和迁移率， 进而 改善內量子效率， 提高光源光效。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 111326614 A 2020.06.23 CN 111326614 A 1.一种户外照明光源光效提高方法。

3、， 其特征在于， 包括提供一基板， 位于所述基板上形 成半结晶性层， 位于所述半结晶性层上形成未掺杂层， 位于所述未掺杂层上形成N型掺杂 层， 位于所述N型掺杂层上形成有源层， 位于所述有源层上形成P型掺杂层； 所述有源层包括 周期性重叠的量子阱层和量子垒层， 量子阱层为铟镓氮层， 量子垒层为氮化镓层， 形成至少 其中之一量子阱层后通入铟源， 通入铟源后通入碳源， 通入碳源后形成量子垒层。 2.如权利要求1所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 形成量子阱层后在通 入铟源前形成氮化铝层。 3.如权利要求2所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 形成的氮化铝层位于 N型掺杂层一侧。

4、。 4.如权利要求3所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 形成的氮化铝层位于 与N型掺杂层距离最近的量子阱层上。 5.如权利要求1所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 所述有源层中形成每 一个量子阱层后均通入铟源， 通入铟源后通入碳源， 通入碳源后形成量子垒层。 6.如权利要求5所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 所述有源层中从N型 掺杂层一侧至P型掺杂层一侧在形成每一个量子阱层后通入的铟源流量逐渐增加。 7.如权利要求6所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 所述有源层中从N型 掺杂层一侧至P型掺杂层一侧在形成每一个量子阱层后通入的碳源流量逐渐减小。 。

5、8.如权利要求1至7任一所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 通入碳源后 还包括通入硅源。 9.如权利要求8所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 通入硅源的时间持续 至量子磊层生长结束。 10.如权利要求9所述的户外照明光源光效提高方法， 其特征在于， 所述硅源流量逐渐 减小。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111326614 A 2 户外照明光源光效提高方法 技术领域 0001 本发明涉及汽车照明技术领域， 具体涉及一种户外照明光源光效提高方法。 背景技术 0002 构建智慧城市， 推动绿色照明， 可实现城市可持续发展。 近年来， 在政府的推动下， LED户外照明行业。

6、获得更大的发展空间， 尤其是在道路照明和景观照明领域。 LED户外照明 经过多年的探索发展， 在应用过程中的技术不断革新突破， 水平不断进步， 已经完成了质的 积累， 价格有所下降， 市场持续稳定增长。 0003 由于LED户外照明市场潜力巨大， 国内外大小厂商纷纷争相进入， 同质化产品层出 不穷， 导致产品质量参差不齐， 性能不稳定， 成为目前LED产业格局的困惑点。 考虑到户外产 品特殊使用条件， 户外LED专业灯具必须更注重光效提升与产品质量。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题在于提供一种户外照明光源光效提高方法， 能够有效 提高户外照明光源光效及性能。 0005 本发明所要。

7、解决的技术问题采用以下技术方案来实现： 0006 一种户外照明光源光效提高方法， 包括提供一基板， 位于所述基板上形成半结晶 性层， 位于所述半结晶性层上形成未掺杂层， 位于所述未掺杂层上形成N型掺杂层， 位于所 述N型掺杂层上形成有源层， 位于所述有源层上形成P型掺杂层； 所述有源层包括周期性重 叠的量子阱层和量子垒层， 量子阱层为铟镓氮层， 量子垒层为氮化镓层， 形成至少其中之一 量子阱层后通入铟源， 通入铟源后通入碳源， 通入碳源后形成量子垒层。 0007 可选的， 形成量子阱层后在通入铟源前形成氮化铝层。 0008 可选的， 形成的氮化铝层位于N型掺杂层一侧。 0009 可选的， 形成。

8、的氮化铝层位于与N型掺杂层距离最近的量子阱层上。 0010 可选的， 所述有源层中形成每一个量子阱层后均通入铟源， 通入铟源后通入碳源， 通入碳源后形成量子垒层。 0011 可选的， 所述有源层中从N型掺杂层一侧至P型掺杂层一侧在形成每一个量子阱层 后通入的铟源流量逐渐增加。 0012 可选的， 所述有源层中从N型掺杂层一侧至P型掺杂层一侧在形成每一个量子阱层 后通入的碳源流量逐渐减小。 0013 可选的， 通入碳源后还包括通入硅源。 0014 可选的， 通入硅源的时间持续至量子磊层生长结束。 0015 可选的， 所述硅源流量逐渐减小。 0016 本发明的有益效果是： 本发明通过在形成量子阱层。

9、后通入铟源， 在铟镓氮表面形 成铟处理层， 铟处理层上通入碳源， 高温下碳源分解并与铟处理层接触形成碳二维结构， 铟 处理层与碳二维结构结合一方面进一步增加量子阱层势阱深度， 同时提高载流子浓度和迁 说明书 1/6 页 3 CN 111326614 A 3 移率， 进而改善內量子效率， 提高光源光效。 附图说明 0017 图1为根据本发明得到的产品结构示意图； 0018 图2至图4为根据本发明优选实施例得到的产品结构示意图。 具体实施方式 0019 下面将结合附图对本发明提供的户外照明光源光效提高方法进行更详细的描述， 其中表示了本发明的优选实施例， 应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本。

10、发明， 而仍然实现本发明的有利效果。 因此， 下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛 知道， 而并不作为对本发明的限制。 0020 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。 根据下面说明和权利要 求书， 本发明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、 明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 0021 本发明的核心在于提供一种户外照明光源光效提高方法， 包括提供一基板1， 位于 基板1上形成半结晶性层2， 位于半结晶性层2上形成未掺杂层3， 位于未掺杂层3上形成N型 掺杂层4， 位于N型掺杂层4上形成有源层5， 位于有源层5。

11、上形成P型掺杂层6； 有源层5包括周 期性重叠的量子阱层51和量子垒层52， 量子阱层为铟镓氮层， 量子垒层为氮化镓层， 形成至 少其中之一量子阱层51后通入铟源， 通入铟源后通入碳源， 通入碳源后形成量子垒层52， 得 到的产品结构如图1所示。 0022 量子垒层为氮化镓层， 氮化镓是直接带隙半导体材料， 其室温禁带宽度为3.39eV， 量子阱层为铟镓氮层， 铟镓氮层通过在形成氮化镓过程中通入铟源形成， 随着铟含量增多 其禁带宽度逐渐减小， 形成的势阱深度逐步加深， 电子和空穴在量子阱层中复合发光， 周期 性重叠的量子阱层和量子垒层中， 发光量子阱层主要集中在靠近P型掺杂层一侧， 这主要是 。

12、由于电子迁移率大于空穴迁移率， 同时形成P型掺杂要比形成N型掺杂困难， 使得空穴浓度 低于电子浓度， 形成量子阱层后通入铟源， 在铟镓氮表面形成铟处理层， 铟处理层上通入碳 源， 高温下碳源分解并与铟处理层接触形成碳二维结构， 铟处理层与碳二维结构结合一方 面进一步增加量子阱层势阱深度， 同时提高载流子浓度和迁移率， 进而改善內量子效率， 提 高光源光效。 0023 本实施例中， 基板1的材料为蓝宝石、 碳化硅、 硅或氮化镓等。 0024 基板材料是决定光源颜色、 亮度、 寿命等性能指标的重要因素， 基板材料表面的粗 糙度、 热膨胀系数、 热传导系数、 极性的影响、 表面的加工要求以及与外延材。

13、料间晶格是否 匹配， 这些因素与光源发光效率与稳定性密切相关。 0025 本实施例中， 基板1为平板或者图形化基板， 使用图形化基板可以提高光的散射， 图形化基板图案是按六边形密排的尺寸为微米量级的三角状、 锥状、 柱状或者其他形状阵 列， 可以将光源光提取效率提高至60以上， 同时利用图形化基板可以控制结晶过程中位 错的延伸方向从而有效降低位错密度。 0026 接着， 在基板1上形成半结晶性层2。 0027 本实施例中， 半结晶性层2的材料为氮化镓、 氮化铝或铝镓氮， 形成半结晶性层2的 说明书 2/6 页 4 CN 111326614 A 4 温度为400700， 压力300Torr700。

14、Torr， 厚度为10nm50nm。 0028 半结晶性层晶体状态介于单晶与多晶之间， 异质外延(基板材料与氮化镓材料不 同)中存在较为严重的晶格失配和热应力失配， 通过生长一层半结晶性层可以有效的减少 两种不同材料之间的晶格失配和热应力失配。 在其他实施例中， 当为同质外延时可以省却 该半结晶性层。 0029 接着， 在半结晶性层2上形成未掺杂层3。 0030 本实施例中， 形成未掺杂层3的温度为9001200， 压力100Torr500Torr， 厚 度为0.5um5um。 0031 本实施例中， 未掺杂层3可以包括以三维模式生长的3D未掺杂层和以二维模式生 长的2D未掺杂层， 所述3D未。

15、掺杂层、 2D未掺杂层依次形成在半结晶性层2上， 所述3D未掺杂 层形成岛状结构， 所述2D未掺杂层将岛状结构填平形成平整的表面。 0032 接着， 在未掺杂层3上形成N型掺杂层4。 0033 本实施例中， N型掺杂层4可以是四价硅原子取代三价镓原子形成电子， 形成N型掺 杂层4的温度为9001200， 压力100Torr500Torr， 厚度为4.5um9um， 掺杂浓度为 2e18cm-36e20cm-3。 0034 本实施例中， 使用硅烷作为硅源。 0035 接着， 在N型掺杂层4上形成有源层5。 0036 本实施例中， 形成有源层5的温度为700900， 压力100Torr300Tor。

16、r， 厚度 为25nm320nm。 0037 本实施例中， 形成有源层5包括在N型掺杂层4上依次周期层叠的量子阱层51和量 子垒层52， 有源层5由520组周期层叠的量子阱层51和量子垒层52组成， 量子阱层51厚度 为2.0nm4.0nm， 量子垒层52厚度为3.0nm12.0nm。 0038 本实施例中， 量子阱层51通过在氮化镓层中掺铟形成铟镓氮， 量子垒层52为氮化 镓层， 由于过高的温度使铟难以掺入进氮化镓， 一般形成量子阱层51的温度低于形成量子 垒层52的温度， 温差大约在60160。 0039 在外界电流作用下， N型掺杂层4产生的电子与P掺杂层6产生的空穴在有源层5中 复合发。

17、光， 因而有源层结构对光源发光有着重要的影响。 0040 本实施例中， 形成至少其中之一量子阱层51后通入铟源， 通入铟源后通入碳源， 通 入碳源后形成量子垒层52。 0041 量子垒层为氮化镓层， 氮化镓是直接带隙半导体材料， 其室温禁带宽度为3.39eV， 量子阱层为铟镓氮层， 铟镓氮层通过在形成氮化镓过程中通入铟源形成， 随着铟含量增多 其禁带宽度逐渐减小， 形成的势阱深度逐步加深， 电子和空穴在量子阱层中复合发光， 周期 性重叠的量子阱层和量子垒层中， 发光量子阱层主要集中在靠近P型掺杂层一侧， 这主要是 由于电子迁移率大于空穴迁移率， 同时形成P型掺杂要比形成N型掺杂困难， 使得空穴。

18、浓度 低于电子浓度， 形成量子阱层后通入铟源， 在铟镓氮表面形成铟处理层， 铟处理层上通入碳 源， 高温下碳源分解并与铟处理层接触形成碳二维结构， 铟处理层与碳二维结构结合一方 面进一步增加量子阱层势阱深度， 同时提高载流子浓度和迁移率， 进而改善內量子效率， 提 高光源光效。 0042 本实施例中， 所述铟源可以为三甲基铟， 通入铟源流量为50500sccm， 所述碳源 说明书 3/6 页 5 CN 111326614 A 5 可以为甲烷、 乙烷、 乙炔、 丙烷中的这一种或者多种， 通入碳源流量为10100sccm。 0043 本实施例中， 可以在通完铟源后直接通入碳源， 也可以在通完铟源后。

19、间隔一段时 间再通入碳源， 间隔时间可以为10s2min。 0044 在一具体实施例中， 通入铟源流量为75sccm、 125sccm、 175sccm、 225sccm、 275sccm、 325sccm、 375sccm、 425sccm或475sccm， 或50100sccm、 100150sccm、 150 200sccm、 200250sccm、 250300sccm、 300350sccm、 350400sccm、 400450sccm、 450 500sccm任一区间内的任一数值。 0045 在一具体实施例中， 通入碳源流量为15sccm、 25sccm、 35sccm、 45s。

20、ccm、 55sccm、 65sccm、 75sccm、 85sccm或95sccm， 或1020sccm、 2030sccm、 3040sccm、 4050sccm、 50 60sccm、 6070sccm、 7080sccm、 8090sccm、 90100sccm任一区间内的任一数值。 0046 在一具体实施例中， 通入铟源后间隔10s、 20s、 30s、 40s、 50s、 1min、 1min10s、 1min20s、 1min30s、 1min40s、 1min50或2min后再通入碳源 0047 本实施例中， 通入铟源保持温度、 压力与形成量子阱层51的温度、 压力相等， 通入。

21、 碳源保持温度、 压力与形成量子磊层52的温度、 压力相等。 0048 请参考图2， 作为本实施例优选， 形成量子阱层51后在通入铟源前形成氮化铝层 50。 0049 在量子阱层上通入铟源形成铟处理层， 铟处理层中的铟会向铟镓氮层中渗透， 使 得铟处理层表面铟分布不均， 平整度差， 此时通入碳源难以得到高质量碳二维结构， 为此在 通入铟源前先在量子阱层上形成氮化铝层可以提供一平整表面并防止铟源向铟镓氮层中 渗透， 进而得到高质量碳二维结构； 氮化铝禁带宽度为6.28eV， 远高于氮化镓， 对电子具有 阻挡效应， 形成量子阱层后通入铟源前形成氮化铝层， 氮化铝层将阻挡N型掺杂层中产生的 电子向有。

22、源层中跃迁， 这有利于电流在N型掺杂层与有源层接触界面扩展， 尤其适合大电流 注入。 0050 本实施例中， 氮化铝层50通过三甲基铝与氨气反应得到， 形成氮化铝层50的温度 为7001500， 压力100Torr300Torr， 氮化铝层50厚度为212nm。 0051 在一具体实施例中， 氮化铝层50厚度为2.5nm、 3.5nm、 4.5nm、 5.5nm、 6.5nm、 7.5nm、 8.5nm、 9.5nm、 10.5nm或11.5nm， 或23nm、 34nm、 45nm、 56nm、 67nm、 78nm、 8 9nm、 910nm、 1011nm、 1112nm任一区间内的任一。

23、数值。 0052 请参考图3， 作为本实施例优选， 形成的氮化铝层50位于N型掺杂层4一侧。 0053 请参考图4， 作为本实施例最佳优选， 形成的氮化铝层50位于与N型掺杂层4距离最 近的量子阱层51上。 0054 此时最少的电子跃迁进有源层， 达到最佳的电流扩展效果， 同时能够保证有源层 在经过充分的铟处理与碳处理后具有足够的载流子浓度及迁移率， 光源光效最高。 0055 作为本实施例优选， 有源层5中形成每一个量子阱层51后均通入铟源， 通入铟源后 通入碳源， 通入碳源后形成量子垒层52。 0056 作为本实施例优选， 有源层5中从N型掺杂层4一侧至P型掺杂层6一侧在形成每一 个量子阱层。

24、51后通入的铟源流量逐渐增加。 0057 在一实施例中， 后一量子阱层通入的铟源流量为在前一个量子阱层通入的铟源流 量依次增加10sccm、 20sccm、 30sccm、 40sccm、 50sccm、 100sccm、 200sccm或10200sccm区间 说明书 4/6 页 6 CN 111326614 A 6 内的任一数值。 0058 作为本实施例进一步优选， 在每一个量子阱层51后通入的铟源流量逐渐增加。 0059 本实施例中， 铟源流量在50500sccm范围内设定一起始值， 然后在120sccm/ min范围内以某一固定流量逐渐增加。 0060 在一具体实施例中， 铟源流量起始。

25、值50sccm， 然后以1sccm/min、 2sccm/min、 3sccm/min、 4sccm/min、 5sccm/min、 6sccm/min、 7sccm/min、 8sccm/min、 9sccm/min、 10sccm/ min、 11sccm/min、 12sccm/min、 13sccm/min、 14sccm/min、 15sccm/min、 16sccm/min、 17sccm/ min、 18sccm/min、 19sccm/min或20sccm/min任一固定流量逐渐增加。 0061 在另一具体实施例中， 铟源流量起始值100sccm， 然后以1sccm/min、 。

26、2sccm/min、 3sccm/min、 4sccm/min、 5sccm/min、 6sccm/min、 7sccm/min、 8sccm/min、 9sccm/min、 10sccm/ min、 11sccm/min、 12sccm/min、 13sccm/min、 14sccm/min、 15sccm/min、 16sccm/min、 17sccm/ min、 18sccm/min、 19sccm/min或20sccm/min任一固定流量逐渐增加。 0062 在其他实施例中， 铟源流量起始值为50500sccm范围内任一数值， 然后以1 20sccm/min范围内以某一固定流量逐渐增加。

27、。 0063 作为本实施例优选， 有源层5中从N型掺杂层4一侧至P型掺杂层6一侧在形成每一 个量子阱层51后通入的碳源流量逐渐减小。 0064 在一实施例中， 后一量子阱层通入的碳源流量为在前一个量子阱层通入的碳源流 量依次减小10sccm、 20sccm、 30sccm、 40sccm、 50sccm或1050sccm区间内的任一数值。 0065 作为本实施例进一步优选， 在每一个量子阱层51后通入的碳源流量逐渐减小。 0066 本实施例中， 碳源流量在10100sccm范围内设定一起始值， 然后在110sccm/ min范围内以某一固定流量逐渐减小。 0067 在一具体实施例中， 碳源流量。

28、起始值100sccm， 然后以1sccm/min、 2sccm/min、 3sccm/min、 4sccm/min、 5sccm/min、 6sccm/min、 7sccm/min、 8sccm/min、 9sccm/min或 10sccm/min任一固定流量逐渐减小。 0068 在另一具体实施例中， 碳源流量起始值50sccm， 然后以1sccm/min、 2sccm/min、 3sccm/min、 4sccm/min、 5sccm/min、 6sccm/min、 7sccm/min、 8sccm/min、 9sccm/min或 10sccm/min任一固定流量逐渐减小。 0069 在其他实。

29、施例中， 碳源流量起始值为10100sccm范围内任一数值， 然后以1 10sccm/min范围内以某一固定流量逐渐减小。 0070 作为本实施例优选， 通入碳源后还包括通入硅源。 0071 通入碳源形成碳二维结构后， 部分多余碳原子位于二维结构上， 通入硅源产生硅 原子与多余的碳原子结合形成碳化硅， 可以有效的防止多余的碳产生碳污染， 碳化硅与氮 化镓晶格失配小， 两者具有很好的融合性， 碳化硅具有很好的导电导热性能， 有助于改善有 源层电性能及发光时散热。 0072 本实施例中， 所述硅源可以为硅烷， 通入硅源流量为220sccm。 0073 在一具体实施例中， 通入硅源流量为3sccm、。

30、 5sccm、 7sccm、 9sccm、 11sccm、 13sccm、 15sccm、 17sccm或19sccm， 或24sccm、 46sccm、 68sccm、 810sccm、 1012sccm、 12 14sccm、 1416sccm、 1618sccm、 1820sccm任一区间内的任一数值。 0074 作为本实施例优选， 通入硅源的时间持续至量子磊层52生长结束。 说明书 5/6 页 7 CN 111326614 A 7 0075 作为本实施例更进一步优选， 所述硅源流量逐渐减小。 0076 本实施例中， 硅源流量在220sccm范围内设定一起始值， 然后在0.11sccm/。

31、min 范围内以某一固定流量逐渐减小。 0077 在一具体实施例中， 硅源流量起始值20sccm， 然后以0.1sccm/min、 0.2sccm/min、 0.3sccm/min、 0.4sccm/min、 0.5sccm/min、 0.6sccm/min、 0.7sccm/min、 0.8sccm/min、 0.9sccm/min或1sccm/min任一固定流量逐渐减小。 0078 在另一具体实施例中， 硅源流量起始值10sccm， 然后以0.1sccm/min、 0.2sccm/ min、 0.3sccm/min、 0.4sccm/min、 0.5sccm/min、 0.6sccm/mi。

32、n、 0.7sccm/min、 0.8sccm/min、 0.9sccm/min或1sccm/min任一固定流量逐渐减小。 0079 在其他实施例中， 硅源流量起始值为220sccm范围内任一数值， 然后以0.1 1sccm/min范围内以某一固定流量逐渐减小。 0080 作为本实施例最佳优选， 所述硅源流量逐渐减小至0。 0081 最后， 在有源层5上形成P型掺杂层6。 0082 本实施例中， P型掺杂层6可以是二价镁原子取代三价镓原子形成空穴。 0083 本实施例中， 形成P型掺杂层6的温度为8001200， 压力100Torr500Torr， 厚度为50nm300nm， 掺杂浓度为5e1。

33、8cm-35e20cm-3。 0084 本实施例中， 使用二茂镁作为镁源。 0085 本实施例中， 在P型掺杂层6表面部分区域进行刻蚀至N型掺杂层4并暴露出N型掺 杂层4， 在N型掺杂层4设置负电极， 在P型掺杂层6设置正电极， 将正电极、 负电极与电源接通 发光。 0086 显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。 说明书 6/6 页 8 CN 111326614 A 8 图1 说明书附图 1/4 页 9 CN 111326614 A 9 图2 说明书附图 2/4 页 10 CN 111326614 A 10 图3 说明书附图 3/4 页 11 CN 111326614 A 11 图4 说明书附图 4/4 页 12 CN 111326614 A 12 。