[發明專利]光泵浦白光LED及其制備方法

在審

• 申請號: 201410624710.1
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104393131A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 徐健
• 申請（專利權）人: 深圳市九洲光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/08
• 分類號: H01L33/08;H01L33/00
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 馮筠

1.一種光泵浦白光LED，包括一個平面藍光LED芯片，所述平面藍光LED芯片至上而下依次包括藍寶石襯底，n型GaN層，InGaN/AlGaN雙異質結層，P型GaN層；所述P型GaN層上設有P-電極，所述n型GaN層設有n電極；其特征在于，所述藍寶石襯底上表面生成有使藍光向藍寶石襯底豎直方向射出的光子晶體陣列，所述光子晶體陣列上表面的一側從下至上依次設有紅光波段DBR層和紅光波段AlGaInP外延層，所述光子晶體陣列上表面的另一側從下至上依次設有綠光波段DBR層和綠光波段AlGaInP外延層。

2.如權利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述紅光波段AlGaInP外延層從下至上依次包括n-AlInP限制層，多量子阱有源層和p-AlInP限制層。

3.如權利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述綠光波段AlGaInP外延層從下至上依次包括n-AlInP限制層，多量子阱有源層和p-AlInP限制層。

4.如權利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述光子晶體陣列為方形陣列或三角形陣列。

5.如權利要求4所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述光子晶體陣列包括若干個光子晶體，單個光子晶體的形狀為圓形、方形、六變形或三角形。

6.如權利要求5所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述單個光子晶體的高度大于0且小于等于藍寶石襯底的厚度。

7.如權利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述光子晶體陣列的占空比范圍為大于等于0.00001且小于1。

8.如權利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述紅光波段DBR層是由若干層不同折射率的第一反射層交替組成，每層第一反射層的厚度為紅光波段AlGaInP外延層發出光的峰值波長的四分之一。

9.如權利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述綠光波段DBR層是由若干層不同折射率的第二反射層交替組成，每層第二反射層的厚度為綠光波段AlGaInP外延層發出光的峰值波長的四分之一。

10.一種制備光泵浦白光LED的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)按照MOCVD方法制備平面藍光LED芯片；通過金屬有機化學氣相沉積MOCVD生長技術獲得，襯底采用藍寶石，生長過程采用氫氣和氮氣作為載氣，所用的Ga源、In源和N源分別是三甲基鎵、三甲基銦和氨氣，所使用的p型摻雜劑和n型摻雜劑分別是二茂鎂和硅烷；

(2)去除藍寶石襯底表面雜質，藍寶石襯底在反應室內經過高溫熱處理去除表面雜質，先在藍寶石襯底上生長25～35nm溫度為730℃的GaN緩沖層，再升溫至1150℃生長1.5～3.0um的非故意摻雜的GaN半導體層，之后在1200℃的條件下生長1.5～3.0um厚的Si摻雜n型GaN層，隨后在900～950℃的條件下生長InGaN/AlGaN雙異質結層，在1100℃條件下生長25～35nm的p型AlGaN電子阻擋層，最后生長250～350nm厚的Mg摻雜的p型GaN層，經過上述過程后生長出完整的藍寶石襯底的GaN基LED外延片；

(3)在n型GaN層表面制作n電極，在InGaN/AlGaN雙異質結層表面制作P電極，首先需要刻蝕掉在n型GaN層表面的物質，即需要對步驟(2)中生長好的LED外延片清洗烘干，再依次進行旋涂光刻膠、烘干、曝光、顯影、刻蝕、去除光刻膠工藝步驟，這時便露出n-GaN，再分別對n型GaN層蒸鍍n電極，對p型GaN層蒸鍍P-電極；

(4)對藍寶石襯底上表面進行拋光處理，用電子束光刻法、激光全息光刻法、干法刻蝕法或納米壓印法制備光子晶體陣列；

(5)紅光波段AlGaInP外延層采用n型GaAs襯底，Ⅲ族源用TMAl、TMGa、TMIn，V族源用AsH₃、PH₃，反應室的壓力為8000-10000Pa，生長溫度為680-7200℃，生長速率為4-5μm/h，載氣是經過鈀管純化的氫氣，在GaAs襯底上依次生長15～25對Al_0.6Ga0.4As/AlAs紅光波段DBR，0.5μm厚的n型-(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P限制層，(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P/(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P多量子阱有源層，0.5μm厚的p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P限制層；通過控制Ⅲ族、V族摻雜濃度，調整(Al_xGa1_-x)_0.5In_0.5P的組分x來形成從紅光到黃綠光的轉變；使用化學腐蝕法把GaAs吸收襯底從生長好的AlGaInP上腐蝕掉，分別對露出的紅光波段DBR層和綠光波段DBR層的下表面進行拋光處理；(6)將藍寶石襯底表面做拋光處理，將藍寶石襯底分別與紅光波段DBR層和綠光波段DBR層進行鍵合。