[發明專利]基于范德華外延的GaN基單片集成白光LED及其制備方法

有效

• 申請號: 202010645704.X
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111816741B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 蔣科;隋佳恩;黎大兵;孫曉娟;陳洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供了一種基于范德華外延的GaN基單片集成白光LED，屬于半導體技術以及照明技術領域，從下至上依次包括襯底、第一石墨烯層、AlN或GaN層、n?GaN層、In_xGa_1?xN/GaN多量子阱、第一i?GaN層、第二石墨烯層、第二i?GaN層、In_yGa_1?yN/GaN多量子阱、第三i?GaN層、第三石墨烯層、第四i?GaN層、In_zGa_1?zN/GaN多量子阱、第五i?GaN層、p?GaN層；還包括n型GaN歐姆接觸電極和p型GaN歐姆接觸電極。本發明還提供了上述基于范德華外延的GaN基單片集成白光LED的制備方法，利用石墨烯作為多量子阱層間的緩沖層，利用石墨烯材料層間為范德華力的特性調控層間應力，改善各層晶格失配度大的問題，進而得到低應變程度、低位錯密度的外延層，最終得到高質量、高集成度的白光LED器件，制備工藝簡單、效果顯著、應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及半導體技術以及照明技術領域，具體涉及一種基于范德華外延的GaN基單片集成白光LED及其制備方法。

背景技術

當前，隨著GaN基材料體系的外延技術不斷進步，高亮度的綠光，藍光以及更短波長的發光二極管的性能取得了突飛猛進的進步。作為未來固態照明的一個選擇，發光二極管具有低功耗，長壽命，無污染等諸多優點。截止目前為止，商品化的可見光波段發光二極管已經覆蓋了從紅光到紫外波段范圍。

隨著LED的發光效率的不斷提高，商品化的白光LED發光效率已經達到甚至超過了熒光燈的水平，并且隨著技術的革新，其光效仍然有進一步提高的空間。從技術上看，實現白光發光二極管的解決方案大體上可以從是否需要長波長熒光粉的角度分為兩種類型。

其中需要長波長熒光粉的一類白光二極管出現的時間較早，研究時間較長，因此工藝比較成熟，解決方法主要有兩種：一是利用藍光發光二極管激發黃色熒光粉；二是紫外發光二極管激發雙基色熒光粉或者三基色熒光粉。

而無需長波長熒光粉的一類白光二極管主要是通過雙基色二極管或者三基色二極管同時發光，色光混合從而出射白光，這一類二極管包含的種類較多，但是大都存在著很多問題，如：施主受主共摻白光LED，但是這種LED在電流較強的情況下光學品質會急劇下降；光子循環LED，這種結構是在InP襯底上生長AlGaInP外延片，由于InP襯底較脆弱，因此成品率很低；橫向分布的多量子阱結構白光LED，但是這種工藝十分復雜，制造成本極高，不利于大規模生產。

市面上也出現過在同一塊藍寶石襯底上外延兩個InGaN/GaN多量子阱的工藝，這種工藝步驟簡單，但是由于層與層之間的晶格失配度較大，導致應力過大，器件內部會積累一個很大的畸變，使得LED的光峰值位置發生變化，造成這種結構的LED顯色指數以及色溫都不盡如人意；同時還會導致器件內部出現密度很大的缺陷，這些缺陷會成為非輻射復合中心，使得LED器件的性能和使用壽命下降。

為了解決層間晶格失配嚴重，器件內部應力過大的問題，減小器件內應變程度，降低缺陷濃度，提高器件的發光強度和發光效率，提升器件性能和使用壽命，制備高性能高集成度的LED芯片，本發明提出了基于范德華外延的GaN基單片集成白光LED及其制備方法，通過在多量子阱之間加入石墨烯層來調制應力，改善外延層質量，提升器件性能。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于范德華外延的GaN基單片集成白光LED及其制備方法，利用石墨烯作為多量子阱層間的緩沖層來獲取單片集成的GaN白光LED的方法，利用石墨烯材料層間為范德華力的特性調控層間應力，改善各層晶格失配度大的問題，進而得到低應變程度、低位錯密度的外延層，最終得到高質量、高集成度的白光LED器件。

本發明的目的可通過以下的技術措施來實現：