汽车照明光源光效提高方法

摘要

本发明提供了一种汽车照明光源光效提高方法，包括提供一基板，在所述基板上形成半结晶性层，在所述半结晶性层上形成未掺杂层，在所述未掺杂层上形成N型掺杂层，在所述N型掺杂层上形成硅薄层，在所述硅薄层上形成有源层，在所述有源层上形成P型掺杂层。本发明通过在N型掺杂层与有源层之间设置硅薄层，照射到硅表面的光不能充分被吸收，使得更多的光作为有效光源射出，提高了发光效率，同时电子从N型掺杂层进入有源层，电流沿着相反方向流动，负电极设置在N型掺杂层中，在N型掺杂层设置硅薄层，电流先与硅薄层接触，有利于电流横向扩展。

权利要求

1.一种汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，包括提供一基板，在所述基板上形成半结晶性层，在所述半结晶性层上形成未掺杂层，在所述未掺杂层上形成N型掺杂层，在所述N型掺杂层上形成硅薄层，在所述硅薄层上形成有源层，在所述有源层上形成P型掺杂层。

2.如权利要求1所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述硅薄层厚度为1～20nm。

3.如权利要求2所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，形成所述硅薄层依次包括第一阶段、第二阶段，所述第一阶段过程中通入氮源，所述第二阶段过程中不通入氮源。

4.如权利要求3所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述第一阶段过程中通入氮源流量随时间逐渐降低。

5.如权利要求4所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述第一阶段过程中通入氮源流量随时间逐渐降低至零。

6.如权利要求3所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，形成所述硅薄层还包括第三阶段，所述第三阶段位于所述第二阶段之后，第三阶段过程中通入碳源。

7.如权利要求6所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述第三阶段过程中通入碳源流量随时间逐渐升高。

8.如权利要求7所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述第三阶段过程中通入碳源流量随时间由零逐渐升高。

9.如权利要求6所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为(0.1～0.3):1:(0.1～0.5)。

10.如权利要求9所述的汽车照明光源光效提高方法，其特征在于，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为0.2:1:0.3。

说明书

汽车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，具体涉及一种汽车照明光源光效提高方法。

背景技术

[0002] 近年来，无论是合资是自主品牌，低端还是豪华品牌，LED车灯已成为很多车的标配，LED灯具有望成为车灯应用的一种潮流。花旗集团汽车研究总监Itay Michaeli发布报告称，未来几年里、LED灯、无线电通讯等技术最有发展前途，供应商应当重点开发。在汽车器件中LED灯销量增长最快，其中预期LED前大灯年销量平均增幅为51％。

[0003] 自上个世纪90年代开始到现在，LED灯已经开始有取代氙气灯的势头，成为高端汽车制造商的照明新技术。因为LED技术使用更少的能源，比传统的卤素灯寿命更长，难能可贵的是以半导体原理发光的LED可以让车灯体积更小，从而给整车提供更多的设计灵活性。

[0004] LED灯受到车厂青睐主要原因是LED照明普遍具有节能省电、寿命长的特色。市场需要符合环保诉求的产品，而汽车领域，基于安全考量，因此特别要求产品的稳定性。比如奔驰2015款CLS就配备了多光束LED头灯，该技术使用了多个LED发光单元，使汽车远光灯能实现高精度照明，从而避免对会车司机造成干扰。LED头灯应用最快的是奥迪，基本上是全系取代之势，奥迪有名的是矩阵式LED头灯，雷克萨斯NX不仅头灯是LED，雾灯也采用LED技术，显然LED灯更加智能与安全。另外在法规方面，由于各国对汽车碳排放量标准的要求更加严格，车用LED市场也因此受惠成长。对于LED厂商来说，汽车照明属於高毛利的利基市场，技术门槛高、认证时间较长，厂商平均花费三到五年，才能打入原厂供应链，围绕如何提高光源光效及产品性能一直困扰各大厂商。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种汽车照明光源光效提高方法，能够有效提高汽车照明光源光效及性能。

[0006] 本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

[0007] 一种汽车照明光源光效提高方法，包括提供一基板，在所述基板上形成半结晶性层，在所述半结晶性层上形成未掺杂层，在所述未掺杂层上形成N型掺杂层，在所述N型掺杂层上形成硅薄层，在所述硅薄层上形成有源层，在所述有源层上形成P型掺杂层。

[0008] 可选的，所述硅薄层厚度为1～20nm。

[0009] 可选的，形成所述硅薄层依次包括第一阶段、第二阶段，所述第一阶段过程中通入氮源，所述第二阶段过程中不通入氮源。

[0010] 可选的，所述第一阶段过程中通入氮源流量随时间逐渐降低。

[0011] 可选的，所述第一阶段过程中通入氮源流量随时间逐渐降低至零。

[0012] 可选的，形成所述硅薄层还包括第三阶段，所述第三阶段位于所述第二阶段之后，第三阶段过程中通入碳源。

[0013] 可选的，所述第三阶段过程中通入碳源流量随时间逐渐升高。

[0014] 可选的，所述第三阶段过程中通入碳源流量随时间由零逐渐升高。

[0015] 可选的，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为(0.1～0.3):1:(0.1～0.5)。

[0016] 可选的，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为0.2:1:0.3。

[0017] 本发明的有益效果是：本发明通过在N型掺杂层与有源层之间设置硅薄层，照射到硅表面的光不能充分被吸收，使得更多的光作为有效光源射出，提高了发光效率，同时电子从N型掺杂层进入有源层，电流沿着相反方向流动，负电极设置在N型掺杂层中，在N型掺杂层设置硅薄层，电流先与硅薄层接触，有利于电流横向扩展。

附图说明

[0018] 图1为本发明提供的方法流程图；

[0019] 图2为本发明提供的基板结构示意图；

[0020] 图3为本发明提供的另一种基板结构示意图；

[0021] 图4为与图3对应的俯视图；

[0022] 图5至图10为与流程图对应的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 下面将结合附图对本发明提供的汽车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。

[0024] 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。

[0025] 请参考图1与图10，本发明的核心在于提供一种汽车照明光源光效提高方法，该方法包括图1中所示的步骤，使用该方法得到的产品结构示意图如图10所示，该方法包括：

[0026] 步骤S101，提供一基板1；步骤S102，在基板上1形成半结晶性层2；步骤S103，在半结晶性层2上形成未掺杂层3；步骤S104，在未掺杂层3上形成N型掺杂层4；步骤S105，在N型掺杂层4上形成硅薄层5；步骤S106，在硅薄层5上形成有源层6；步骤S107，在有源层6上形成P型掺杂层7。

[0027] N型掺杂层产生的电子与P型掺杂层产生的空穴在有源层中复合发光，有源层发出的光一部分穿过P型掺杂层作为有效光源，另一部分则折射进N型掺杂层一侧被吸收，使得光源光效降低，硅折射率大于氮化镓折射率，照射到硅表面的光不能充分被吸收，使得更多的光作为有效光源射出，提高了发光效率；发光位置位于有源层靠近P型掺杂层一侧，如果将硅薄层设置在有源层中，由于硅材料与氮化镓材料存在较大的晶格失配，容易导致有源层质量变差，影响电性能及发光效率，N型掺杂层厚度远大于有源层厚度，硅薄层设置在N型掺杂层不能起到有效的反射光作用；电子从N型掺杂层进入有源层，电流沿着相反方向流动，负电极设置在N型掺杂层中，在N型掺杂层设置硅薄层，电流先与硅薄层接触，有利于电流横向扩展。

[0028] 以下结合流程图及对应结构示意图进一步详述本发明提供的汽车照明光源光效提高方法，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

[0029] 请参考图1、图2，首先，进行步骤S101，提供一基板1。

[0030] 本实施例中，基板1的材料为蓝宝石、碳化硅、硅或氮化镓等。

[0031] 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。

[0032] 本实施例中，基板1为平板，表面为平整状，不含有任何图形。

[0033] 请参考图3、图4，本实施例中，基板1也可以为图形化基板，在基板1表面均匀分布有图形11，图形11可以为三角状、锥状、柱状或者其他形状。

[0034] 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。

[0035] 接着，进行步骤S102，如图5所示，在基板1上形成半结晶性层2。

[0036] 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的温度为400℃～700℃，厚度为10nm～50nm。

[0037] 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。

[0038] 接着，进行步骤S103，如图6所示，在半结晶性层2上形成未掺杂层3。

[0039] 本实施例中，形成未掺杂层3的温度为900℃～1200℃，厚度为0.5um～5um。

[0040] 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。

[0041] 接着，进行步骤S104，如图7所示，在未掺杂层3上形成N型掺杂层4。

[0042] 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900℃～1200℃，厚度为4.5um～9um，掺杂浓度为2e18cm-3～6e20cm-3。

[0043] 本实施例中，使用硅烷作为硅源。

[0044] 接着，进行步骤S105，如图8所示，在N型掺杂层4上形成硅薄层5。

[0045] 本实施例中，形成硅薄层5的温度为1000℃～1500℃，厚度为1～20nm。

[0046] 本实施例中，硅薄层5通过硅烷与氢气反应得到，在其他实施例中，还可以通过其他硅化合物与还原性气体反应制备。

[0047] 本实施例中，控制硅烷流量为10～30sccm，氢气流量4～20slm。

[0048] 在一具体实施例中，控制硅烷流量20sccm，氢气流量12slm。

[0049] 尽管较厚的硅薄层有利于反射更多的光，但是硅薄层过厚会增加其在整个结构中的厚度占比，进而降低结晶质量，如果硅薄层过薄起不到有效的反射光效果。

[0050] 本实施例中，硅薄层5厚度可以为2nm、4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm或18nm任一数值。

[0051] 在其他实施例中，硅薄层5厚度还可以为1nm～3nm、3nm～5nm、5nm～7nm、7nm～9nm、9nm～11nm、11nm～13nm、13nm～15nm、15nm～17nm、17nm～19nm或19nm～20nm任一区间段的任一厚度。

[0052] 本实施例中，形成硅薄层5还可以依次包括第一阶段、第二阶段，所述第一阶段过程中通入氮源，所述第二阶段过程中不通入氮源。

[0053] 第一阶段通入氮源，氮源与分解出氮与硅反应生长氮化硅，氮化硅与部分单晶硅形成复合层，复合层导电性优于硅薄层，在大电流下增加电流扩展，同时复合层与N型掺杂层表面接触，和硅薄层与N型掺杂层表面接触相比，两者具有更小的失配。

[0054] 本实施例中，所述氮源为氨气，在其他实施例中，所述氮源为氮气或者其他含氮化合物。

[0055] 本实施例中，控制硅烷流量为10～30sccm，氢气流量4～20slm，氨气流量10～20slm。

[0056] 在一具体实施例中，控制硅烷流量20sccm，氢气流量12slm，氨气流量15slm。

[0057] 在另一实施例中，所述第一阶段过程中通入氮源流量随时间逐渐降低。

[0058] 在一具体实施例中，例如使用氨气作为氮源，第一阶段开始时以10～20slm通入，接着氨气流量以每分钟0.01升、0.02升、0.03升、0.04升、0.05升、0.06升、0.07升、0.08升、0.09升、0.10升、0.11升、0.12升、0.13升、0.14升、0.15升、0.16升、0.17升、0.18升、0.19升、
0.20升等任一数值均匀降低。

[0059] 在另一实施例中，所述第一阶段过程中通入氮源流量随时间逐渐降低至零。

[0060] 在一具体实施例中，例如使用氨气作为氮源，第一阶段开始时以10～20slm通入，接着氨气流量以每分钟0.01升、0.02升、0.03升、0.04升、0.05升、0.06升、0.07升、0.08升、0.09升、0.10升、0.11升、0.12升、0.13升、0.14升、0.15升、0.16升、0.17升、0.18升、0.19升、
0.20升等任一数值均匀降低至0。

[0061] 氮源流量随时间逐渐降低可以逐步减少复合层中氮化硅含量，使晶格结构恢复硅晶格，尤其是氮源流量随时间逐渐降低至零，此时第一阶段刚好与第二阶段衔接。

[0062] 本实施例中，形成硅薄层5还可以在依次包括第一阶段、第二阶段基础上包括第三阶段，所述第三阶段位于所述第二阶段之后，第三阶段过程中通入碳源。

[0063] 硅与氮化镓失配远大于碳化硅与氮化镓失配，通入碳源可以在形成硅薄层的过程中形成碳化硅，有源层结构对应力、缺陷敏感，显著影响光源效率及电性参数，生长在碳化硅上的有源层应力、缺陷均小于直接生长在硅薄层。

[0064] 本实施例中，所述碳源为甲烷、乙烷、乙炔、丙烷等任意一种或者几种。

[0065] 过多的碳容易引起碳玷污，过少则不能有效发挥作用

[0066] 本实施例中，控制碳源流量为2～10sccm，硅烷流量为10～30sccm，氢气流量4～20slm。

[0067] 在一具体实施例中，控制碳源流量6sccm，硅烷流量为20sccm，氢气流量12slm。

[0068] 在另一实施例中，所述第三阶段过程中通入碳源流量随时间逐渐升高。

[0069] 在一具体实施例中，例如使用甲烷作为碳源，第三阶段开始时以0～10slm通入，接着甲烷流量以每分钟0.01升、0.02升、0.03升、0.04升、0.05升、0.06升、0.07升、0.08升、0.09升、0.10升、0.11升、0.12升、0.13升、0.14升、0.15升、0.16升、0.17升、0.18升、0.19升、
0.20升等任一数值均匀升高。

[0070] 在另一实施例中，所述第三阶段过程中通入碳源流量随时间由零逐渐升高。

[0071] 在一具体实施例中，例如使用甲烷作为碳源，第三阶段开始时甲烷流量为0，接着甲烷流量以每分钟0.01升、0.02升、0.03升、0.04升、0.05升、0.06升、0.07升、0.08升、0.09升、0.10升、0.11升、0.12升、0.13升、0.14升、0.15升、0.16升、0.17升、0.18升、0.19升、0.20升等任一数值均匀升高。

[0072] 碳源流量随时间逐渐升高可以逐步增加复合层中碳化硅含量，在第二阶段与第三阶段接触界面具有很好的融合性，而后在第三阶段过程中逐步由硅晶格结构转变为碳化硅晶格结构。

[0073] 本实施例中，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为(0.1～0.3):1:(0.1～0.5)。

[0074] 在一具体实施例中，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为0.1:1:0.1。

[0075] 在另一具体实施例中，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为0.2:1:0.3。

[0076] 在另一具体实施例中，所述第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为0.3:1:0.5。

[0077] 适宜的厚度比是必须的，在提高高光源光效和改善电性性能双重要求下，任何一阶段相比其他阶段过厚或者过薄都会在光效和电性能产生一正一反或一反一正作用，综合光效和电性能平衡，当第一阶段、第二阶段、第三阶段形成的薄层厚度比为(0.1～0.3):1:(0.1～0.5)时，提高高光源光效和改善电性性能具有最佳平衡点。

[0078] 接着，进行步骤S106，如图9所示，在硅薄层5上形成有源层6。

[0079] 本实施例中，形成有源层6的温度为700℃～900℃，厚度为25nm～320nm。

[0080] 本实施例中，形成有源层6包括在硅薄层5上依次周期层叠的量子阱层和量子垒层，有源层6由5～20组周期层叠的量子阱层和量子垒层组成，所述量子阱层厚度为2.0nm～4.0nm，所述量子垒层厚度为3.0nm～12.0nm。

[0081] 本实施例中，所述量子阱层通过在氮化镓层中掺铟形成铟镓氮，所述量子垒层为氮化镓层，由于过高的温度使铟难以掺入进氮化镓，一般形成所述量子阱层的温度低于形成所述量子垒层的温度，温差大约在60～160℃。

[0082] 在外界电流作用下，N型掺杂层产生的电子与P掺杂层产生的空穴在有源层中复合发光，因而有源层结构对光源发光有着重要的影响。

[0083] 接着，进行步骤S107，如图10所示，在有源层6上形成P型掺杂层7。

[0084] 本实施例中，P型掺杂层7可以是二价镁原子取代三价镓原子形成空穴，形成P型掺杂层7的温度为800℃～1200℃，厚度为50nm～300nm，掺杂浓度为5e18cm-3～5e20cm-3。

[0085] 本实施例中，使用二茂镁作为镁源。

[0086] 本实施例中，在P型掺杂层7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7设置正电极，将正电极、负电极与电源接通发光。

[0087] 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。