[發明專利]多波長發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201210326905.9
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN102856452A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 金朝;范亞明;朱建軍;邊歷峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及半導體材料與器件技術領域，尤其涉及多波長發光二極管及其制備方法。

背景技術

半導體發光二極管具有壽命長且節能綠色環保等優點，在日常生活的各個領域都得到了越來越多的應用且引起半導體研究和產業領域越來越大的重視。氮化鎵（GaN）具有優異的物理和化學特性，與氮化銦（InN）、氮化鋁（AlN）等III族氮化物組成三元、四元合金的禁帶寬度可以在?0.7?eV?-?6.2?eV之間連續調節，并且任意組分的InAlGaN四元合金都是直接帶隙，在白光照明、全色顯示、彩色激光打印、高密度光存儲、光探測、水下通信等領域都有著廣泛的應用前景。

目前傳統的白光發光二極管的設計方法主要有兩種。一種是將紅、綠和藍光二極管，在平面結構上組合封裝得到白光二極管。其優勢是三個二極管可以通過各自獨立的控制電路來調節二極管的功率以實現顏色的可調性，但是其缺點就是每一個白光二極管需要三個三基色二極管，成本較高；同時由于三基色二極管的平面排列方式，到時白光二極管色度空間方向性差；另外就是每個白光二極管需要三個控制電源，驅動電路復雜。另外一種常見的途徑是采用藍光或紫外發光二極管激發熒光粉發光，實現各色光混合得到白光。其缺點是熒光粉吸收效率低導致其發射橙黃色或其他顏色的光效率低，從而混合光中熒光粉所發的光比例小，使得混合白光偏藍色或紫外光，顯色指數低；同時如果熒光粉涂覆不均勻使得產生的光也不均勻，封裝有一定的難度，另外此類白光發光二極管除考慮二極管芯片壽命之外，熒光粉的壽命和可靠性也是一個必須關注的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供多波長發光二極管及其制備方法，不依賴熒光粉而實現多波長的混合，提高二極管的壽命和可靠性。

為了解決上述問題，本發明提供了一種多波長發光二極管，該多波長發光二極管的有源區具有臺階化量子阱柱狀結構，包括第一量子阱層和第二量子阱層，所述第二量子阱層設置于第一量子阱層裸露表面之上，所述第二量子阱層包含多個窗口，所述多個窗口處顯露出第一量子阱層的表面。

所述的多波長發光二極管進一步包括：

一襯底；?

一緩沖層，設置于所述襯底的裸露表面之上；

一第一氮化鎵層，設置于所述緩沖層的裸露表面之上；

一第二氮化鎵層，設置于所述第一氮化鎵層的裸露表面之上；

一電子阻擋層，設置于所述有源區的裸露表面之上，所述有源區設置于所述第二氮化鎵層的裸露表面之上；

一第三氮化鎵層，設置于所述電子阻擋層的裸露表面之上。

所述襯底為平面藍寶石襯底、圖形化藍寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底中任意一種。

所述第一、第二和第三氮化鎵層的材質均為氮化鎵材料；所述第二氮化鎵層的摻雜類型為N型；所述第三氮化鎵層的摻雜類型為P型；所述電子阻擋層的材質為Al_yGa_1-yN或Al_yGa_1-yN/Al_aIn_bGa_1-a-bN。

所述第一、第二量子阱層的材質分別為Al_xIn_yGa_1-x-yN和Al_aIn_bGa_1-a-bN，所述第一量子阱層的厚度范圍為1nm至30nm，所述第二量子阱層的厚度范圍為6nm至20nm；所述Al_xIn_yGa_1-x-yN?中的x的范圍為0至1，y的范圍為0至0.5；所述Al_aIn_bGa_1-a-bN中a的范圍為0至1，b的范圍為0至0.5；所述第一、第二量子阱層的周期數范圍均為1至100。

為解決上述技術問題，本發明還提供了一種如上述的多波長發光二極管的制備方法，所述制備方法包括步驟：

b1）外延生長第一量子阱層；

b2）在所述第一量子阱層的裸露表面外延生長第二量子阱層；

b3）圖形化所述第二量子阱層的裸露表面，形成多個圖形窗口，且所述圖形窗口貫穿第二量子阱層直至顯露出所述第一量子阱層。

所述步驟b1之前進一步包括步驟：

a）提供一具有多層結構的半導體材料，包括襯底，在所述襯底上依次層疊的緩沖層、第一氮化鎵層以及第二氮化鎵層。

所述步驟b3之后進一步包括步驟：