[發明專利]一種GaN基寬藍光波長LED外延片及其應用

無效

• 申請號: 201310466986.7
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103515497A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 章勇;肖漢章;李正凱;羅長得
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及LED領域，更具體地，涉及一種GaN基寬藍光波長LED外延片及其應用。

背景技術

?LED照明是未來照明領域的發展趨勢，白光LED技術的發展則引領著LED照明走向未來。LED照明在對比傳統的照明燈具時，具有體積小、發光效率高、發熱量小、節能和長壽命等優勢，然而，白光LED照明技術則仍然存在著不少問題，如顯色性偏低等。?

????高質量的白光LED技術研究對于LED進一步取代傳統燈具而成為主流產品的前進道路上顯得尤為重要。現階段，高顯色性的白光LED方案主要有利用RGB三色芯片混合封裝在一起形成白光LED、GaN基藍光芯片加上RG熒光粉混合而成的白光LED、GaN基藍光芯片加上YAG熒光粉和紅光芯片補償而成白光LED。這幾種方案中，顯色性都得到極大提高，但是，存在驅動復雜、混色不均、成本較高和紅光熒光粉壽命短等問題。此外，無熒光粉的單芯片白光LED已有報道，主要是在同一個藍寶石襯底上依次生長兩種或三種InGaN/GaN多量子阱結構的LED，調節In組分來實現從藍光到黃光的發射從而合成白光。但是，對于GaN基發光器件其發光效率一般在400~500?nm范圍內的效率較高，隨著發射波長向長波長方向增加，GaN基LED的發光效率逐漸減小，主要是因為高In組分的InGaN薄膜生長極其困難。當前藍光加YAG:Ce黃光熒光粉的封裝方案占據白光LED市場的主要份額。對于藍光芯片加YAG:Ce熒光粉封裝的白光LED，在高色溫時具有高的顯色指數，隨低色溫的減小，其顯色性逐漸減小，當色溫低于5500K時，顯色一般低于70。

發明內容

本發明的目的在于提供一種GaN基寬藍光波長LED外延片，從襯底開始，依次為GaN緩沖層、GaN本征層、n-GaN層、InGaN/GaN多量子阱層、p-AlGaN層和p-GaN層，所述的InGaN/GaN多量子阱活性層的InGaN阱層的厚度從n-GaN到p-GaN方向逐漸增大，所述的InGaN/GaN多量子阱活性層的GaN壘層厚度從n-GaN到p-GaN方向逐漸減小。靠近p-GaN側GaN壘層厚度減小可以改善空穴注入，特別是與p-AlGaN電子阻擋層相鄰的GaN壘層厚度減小能減弱GaN/p-AlGaN間的極化效應，最終可以減小電子的溢流而提高電子與空穴的復合幾率。另一方面，靠近p-GaN側厚的InGaN阱層可以增大量子阱內激子的壽命，從而增大空穴通過活性層到達n-GaN側量子阱的幾率來進一步改善電子與空穴在活性層的分布均勻，此外，不同阱層厚度可以實現發射峰的變化最終實現GaN基芯片的寬藍光波長發射。

????所述的InGaN/GaN多量子阱層中的量子阱的數量為4~6。

????所述的InGaN阱層厚度，從n-GaN到p-GaN方向，由2?nm遞增到3?nm，所述的GaN壘層厚度，從n-GaN到p-GaN方向，由16?nm遞減到4?nm。

????所述的遞增為等差遞增，所述的遞減為等差遞減。

所述的InGaN阱層中In的摩爾量為Ga和In的總量的15~18%。

????所述的p-GaN層摻有受主Mg，所述的n-GaN層摻有施主Si。

????所述的襯底為藍寶石、硅、SiC或GaN中的一種。

????更進一步，本發明提供一種白光LED，由GaN基寬藍光波長芯片與黃光熒光粉結合封裝而成，所述的GaN基寬藍光波長芯片包含上述的GaN基寬藍光波長LED外延片。。

????所述的白光LED的發射峰值的范圍在550~590nm，所述黃光熒光粉為YAG:Ce⁺、硅酸鹽、鋁酸鹽或氮化物中的一種。

該GaN基寬藍光波長LED外延片的制備方法是通過MOCVD技術實現，包括下列步驟：

（1）采用AlGaInN系材料生長專用MOCVD，升溫至1000～1100?℃烘烤襯底5～10分鐘。

（2）降溫至480?℃，在襯底上生長厚度為30?nm的GaN低溫度緩沖層。

（3）升溫至1050?℃，生長厚度為2?μm的未摻雜GaN層。

（4）在1000～1100?℃的溫度下生長厚度2.0～4.0?μm的n-GaN層。

（5）將溫度降至600～800?℃，生長InGaN/GaN多量子阱活性層，周期數為4~6，InGaN阱層厚度從n-GaN到p-GaN方向由2?nm逐漸遞增到3?nm，GaN壘層厚度從n-GaN到p-GaN方向16?nm逐漸遞減到4?nm，InGaN/GaN多量子阱活性層中In組分保持一致并為15~18%。