[發明專利]一種單芯片白光發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201911044450.X
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN111048641B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 李金釵;王傳家;陳航洋;盧詩強;黃凱;康俊勇
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/24;H01L33/06;H01L33/00;H01L33/14;H01L33/12
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;張迪

本發明公開了一種單芯片白光發光二極管，包括：襯底、緩沖層、非摻GaN層、圖形化的n型GaN層、多量子阱有源層、電子阻擋層、p型GaN層、紅光波長轉換材料、電流擴展層、n型與p型歐姆接觸電極。通過干法刻蝕技術和濕法腐蝕技術刻蝕n型GaN層，使其形成具有半極性面、非極性面以及極性面的六邊形孔洞陣列，在該圖形化的n型GaN層上外延生長InGaN多量子阱有源層、電子阻擋層和p型GaN層，發射出藍光至黃綠光波段的寬光譜；在所述六邊形孔洞中填充紅光波長轉換材料，由量子阱有源區發射的藍/綠光激發出紅光光譜；從而形成全光譜，獲得高顯色指數的單芯片白光發光二極管。

技術領域

本發明屬于半導體光電子器件技術領域，涉及一種氮化鎵基無熒光粉單芯片白光發光二極管。

背景技術

發光二極管(LED)，尤其是白光LED已經在照明、顯示等領域起到越來越重要的作用。當前，實現白光LED的方法主要有兩種：一是采用藍光芯片激發黃光熒光粉，或采用紫外光芯片激發紅綠藍光熒光粉而獲得白光LED；其優點是技術成熟，制備相對簡單，價格相對便宜，是目前半導體照明產業應用的主流方法，缺點是熒光粉和封裝材料的老化問題會降低白光LED的壽命、穩定性和顯色指數。二是通過紅、綠、藍(RGB)三基色多芯片組合合成白光；其優點是顯色指數高，通過獨立調控各色芯片的電流可以方便地控制光色，缺點是控制電路較為復雜且成本高。為此，研究者們提出多種無熒光粉單芯片白光LED的制備方法，以期獲得更高性能的白光光源。例如，在芯片內部生長光致熒光層(CN101556983、CN101562222)，通過預應力層使得量子阱中形成不同In組分的量子點發射不同波長的光混合為白光出射(CN101685844、CN102097554)，鋪設碳納米管使得量子阱有源區隨機形成InGaN量子點(CN102244167)等，但這些方法都不易實現In組分的精確控制，且制備工藝重復性差。此外，中國專利CN104868023報道了一種III族氮化物半導體/量子點混合白光LED器件，采用納米壓印技術在全結構LED外延片上制作納米孔陣列，納米孔陣列的深度從器件表面穿過量子阱有源層，進而在納米孔中填充II-VI族量子點，通過改變填充量子點的種類和配比，調節發光波長與強度，實現超高顯色指數的白光LED器件。采用納米壓印技術可實現大面積、有序的納米孔陣列制備，制備工藝重復性高。然而，在納米孔的制備過程中，刻蝕技術將對量子阱有源區造成較大的損傷，導致其輻射發光效率降低。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題是，提供一種單芯片白光發光二極管及其制備方法，獲得高顯色指數的單芯片白光發光二極管。

為了解決上述的技術問題，本發明的技術方案是：

一種單芯片白光LED，包括自下而上層疊設置的襯底、緩沖層、非摻GaN層、圖形化的n型GaN層、多量子阱有源層、電子阻擋層、p型GaN層、紅光波長轉換材料、電流擴展層、n型與p型歐姆接觸電極；

所述n型GaN層進行圖形化處理，形成具有半極性面、非極性面以及極性面的六邊形孔洞陣列；

在圖形化的n型氮化鎵層的非極性面、半極性面以及極性面同時生長In_xGa_1-xN/GaN多量子阱有源層；在n型氮化鎵層的非極性面、半極性面上生長的多量子阱有源層發射藍光至綠光光譜，在n型氮化鎵層的極性面上生長的多量子阱有源層發射黃綠光光譜。

在一較佳實施例中：所述襯底包括但不限于藍寶石或單晶硅或碳化硅或氮化鋁。

在一較佳實施例中：所述緩沖層為AlN或GaN，其厚度為5nm-100nm。

在一較佳實施例中：所述非摻GaN厚度為0.2μm-10μm。

在一較佳實施例中：所述n型GaN層為Si摻雜，厚度為0.5μm-10μm。

在一較佳實施例中：所述六邊形孔洞陣列的深度為0.2μm-2.5μm，直徑為0.5μm-10μm，間距為0.5μm-50μm。