[發明專利]一種白光發光二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 201510069811.1
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104810434A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 高義華;任小亮;張翔暉;劉逆霜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于半導體照明技術領域，具體涉及一種白光發光二極管及其制備方法。

技術背景

半導體照明是本世紀最具發展前景的高技術領域之一，白光LED將成為21世紀的新一代光源第四代電光源,相比于高能耗、電光轉化效率低的白熾燈，含有汞等有毒廢棄物、壽命較短、頻閃、紫外和紅外輻射以及顯色指數相對較低的熒光燈，白光LED具有低電壓、低能耗、長壽命、高可靠性、耐震動和抗沖擊和易維護等優點,符合綠色照明工程節能與環保的要求，是引人矚目的綠色光源，是目前普遍認為可能成為替代白熾燈、熒光燈的新型固體光源，具有廣闊的市場與潛在照明應用前景。

LED的基本結構是一塊電致發光的半導體材料,發光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片,在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層,稱為p-n結。在某些半導體材料的p-n結中,注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來,從而把電能直接轉換為光能。

目前，實現白光LED的技術途徑主要有三種：(1)InGaN藍光芯片加YAG(釔鋁石榴石)熒光粉的方法制成白光LED。如在美國專利US?6,685,852?B2中，這種白光LED主要是使用藍光LED產生的藍光激發YAG黃色熒光粉產生黃光，與原先用于激發的藍光互補而產生白光。此種組合的制作簡易,在所有各種白光LED組合中,成本最低且效率較好，這種方法制作的白光LED占據市場主導地位。(2)使用紅、綠、藍三種LED組合制成白光LED。如在美國專利US5,952,681中，利用三色晶粒直接封裝成白光二極管，這種方法是最早用于制成白光的方式，其優點是不需經過熒光粉的轉換，可避免因為熒光粉轉換的損失而得到較佳的發光效率，同時，可以分開控制三色發光二極管的光強度，達成全彩的變色效果(可變色溫)，并可由晶粒波長及強度的選擇得到較佳的演色性。(3)紫外LED與RGB熒光粉的組合。如在文獻“White-light?emission?from?near?UV?InGaN–GaN?LED?chip?precoated?with?blue/green/red?phosphors”(Sheu,J.K.et?al.Photonics?technology?letters.15,18-20)中，這種白光LED利用具有更高能量的紫外線光子激發RGB熒光粉三色直接配成白光的方式。這種LED封裝方式和第一種LED相同,成本接近,但因為所有白光都來自于熒光粉本身,紫外光本身未參與混光,因此顏色的控制較第一種LED容易得多,色彩均勻度較好。

以上三種是目前的白光制作的常用辦法，也都有其缺點。其中，第一種會出現中間藍，四周黃的現象，顯色性偏低，色溫均勻性不佳。第二種是混光困難，使用者在此光源前方各處可輕易觀察到多種不同的顏色，并在各遮蔽物后方看到彩色的影子。另外，因為所使用的三個晶粒都是熱源，散熱問題更是其它種封裝型式的3倍，而增加其使用上的困難。第三種配合熒光粉紫外光波長選擇(熒光粉最佳轉換效率之激發波長)、UV-LED制作的難度及抗UV封裝材料的開發等困難。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種白光發光二極管及其制備方法，其基于銻摻雜p型氧化鋅/n型氮化鎵異質結結構，實現全界面復合，解決目前的白光LED存在的顯色性偏低，色溫均勻性不佳、混光困難以及熒光粉成份復雜，配比要求高，穩定性差等問題。

按照本發明的一個方面，提供一種白光發光二極管，其特征在于，包括從下至上依次層疊接觸的n型氮化鎵薄膜、銻摻雜p型氧化鋅納米線陣列和正電極，其中，所述n型氮化鎵薄膜與所述銻摻雜p型氧化鋅納米線陣列接觸而形成異質結，以作為白光發光層，所述正電極與所述銻摻雜p型氧化鋅納米線陣列接觸作為工作正電極，所述n型氮化鎵薄膜上設置有負電極，該負電極與所述n型氮化鎵薄膜接觸以作為工作負電極。

作為本發明的改進，所述正電極采用金屬銦。

作為本發明的改進，所述負電極采用銦金電極。

作為本發明的改進，所述的銻摻雜p型氧化鋅納米線陣列垂直生長在n型氮化鎵薄膜上。

作為本發明的改進，所述白光發光二極管的發光波段從400nm到1000nm。

作為本發明的改進，所述n型氮化鎵薄膜底面設置有襯底，優選為藍寶石。

按照本發明的另一方面，提供一種白光發光二極管的制備方法，其特征在于，包括：

1)制備具有襯底的n型氮化鎵薄膜基底；

2)在所述n型氮化鎵薄膜上濺射金顆粒作為反應的催化劑；