一種GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片及其應(yīng)用，其目的在于解決窄藍(lán)光波長(zhǎng)芯片激發(fā)黃光熒光粉封裝白光LED的顯色性不足的問(wèn)題。該InGaN/GaN多量子阱寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延結(jié)構(gòu)從襯底開(kāi)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，其特點(diǎn)是在于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，而GaN壘層厚度從n-GaN到p-GaN方向逐漸減小。并將這種寬藍(lán)光波長(zhǎng)芯片與黃光熒光粉封裝成白光LED可以實(shí)現(xiàn)高顯色性白光發(fā)射。
【專利說(shuō)明】—種GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED領(lǐng)域，更具體地，涉及一種GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]LED照明是未來(lái)照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，白光LED技術(shù)的發(fā)展則引領(lǐng)著LED照明走向未來(lái)。LED照明在對(duì)比傳統(tǒng)的照明燈具時(shí)，具有體積小、發(fā)光效率高、發(fā)熱量小、節(jié)能和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，然而，白光LED照明技術(shù)則仍然存在著不少問(wèn)題，如顯色性偏低等。
[0003]聞質(zhì)量的白光LED技術(shù)研究對(duì)于LED進(jìn)一步取代傳統(tǒng)燈具而成為主流廣品的如進(jìn)道路上顯得尤為重要?，F(xiàn)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(lán)光芯片加上RG熒光粉混合而成的白光LED、GaN基藍(lán)光芯片加上YAG熒光粉和紅光芯片補(bǔ)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(qū)動(dòng)復(fù)雜、混色不均、成本較高和紅光熒光粉壽命短等問(wèn)題。此外，無(wú)熒光粉的單芯片白光LED已有報(bào)道，主要是在同一個(gè)藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)兩種或三種InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)的LED，調(diào)節(jié)In組分來(lái)實(shí)現(xiàn)從藍(lán)光到黃光的發(fā)射從而合成白光。但是，對(duì)于GaN基發(fā)光器件其發(fā)光效率一般在40(T500 nm范圍內(nèi)的效率較高，隨著發(fā)射波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向增加，GaN基LED的發(fā)光效率逐漸減小，主要是因?yàn)楦逫n組分的InGaN薄膜生長(zhǎng)極其困難。當(dāng)前藍(lán)光加YAG = Ce黃光熒光粉的封裝方案占據(jù)白光LED市場(chǎng)的主要份額。對(duì)于藍(lán)光芯片加YAG = Ce熒光粉封裝的白光LED，在高色溫時(shí)具有高的顯色指數(shù)，隨低色溫的減小，其顯色性逐漸減小，當(dāng)色溫低于5500K時(shí)，顯色一般低于70。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，從襯底開(kāi)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?？拷黳_GaN側(cè)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(yīng)，最終可以減小電子的溢流而提高電子與空穴的復(fù)合幾率。另一方面，靠近P-GaN側(cè)厚的InGaN阱層可以增大量子阱內(nèi)激子的壽命，從而增大空穴通過(guò)活性層到達(dá)n-GaN側(cè)量子阱的幾率來(lái)進(jìn)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(shí)現(xiàn)發(fā)射峰的變化最終實(shí)現(xiàn)GaN基芯片的寬藍(lán)光波長(zhǎng)發(fā)射。
[0005]所述的InGaN/GaN多量子阱層中的量子阱的數(shù)量為4~6。
[0006]所述的InGaN講層厚度，從η-GaN到ρ-GaN方向，由2 nm遞增到3 nm,所述的GaN魚(yú)層厚度，從n-GaN到ρ-GaN方向，由16 nm遞減到4 nm。
[0007]所述的遞增為等差遞增，所述的遞減為等差遞減。
[0008]所述的InGaN阱層中In的摩爾量為Ga和In的總量的15?18%。[0009]所述的p-GaN層摻有受主Mg，所述的n_GaN層摻有施主Si。
[0010]所述的襯底為藍(lán)寶石、硅、SiC或GaN中的一種。
[0011]更進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種白光LED，由GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)芯片與黃光熒光粉結(jié)合封裝而成，所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)芯片包含上述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片。。
[0012]所述的白光LED的發(fā)射峰值的范圍在55(T590nm，所述黃光熒光粉為YAG:Ce+、硅酸鹽、鋁酸鹽或氮化物中的一種。
[0013]該GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片的制備方法是通過(guò)MOCVD技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括下列步驟:
(I)采用AlGaInN系材料生長(zhǎng)專用M0CVD，升溫至1000~1100 1:烘烤襯底5~10分鐘。
[0014](2)降溫至480 V，在襯底上生長(zhǎng)厚度為30 nm的GaN低溫度緩沖層。
[0015](3)升溫至1050 °C，生長(zhǎng)厚度為2 μm的未摻雜GaN層。
[0016](4)在1000~1100 °C的溫度下生長(zhǎng)厚度2.0~4.0 μm的n-GaN層。
[0017](5)將溫度降至600~800 °C，生長(zhǎng)InGaN/GaN多量子阱活性層，周期數(shù)為4飛，InGaN講層厚度從η-GaN到ρ-GaN方向由2 nm逐漸遞增到3 nm,GaN魚(yú)層厚度從η-GaN到p-GaN方向16 nm逐漸遞減到4 nm, InGaN/GaN多量子講活性層中In組分保持一致并為I5~18%。
[0018](6)在1000~1100 °C的溫度下生長(zhǎng)厚度10~20 nm的p-AlGaN電子阻擋層。
[0019](7)在1000~1100°C的溫度下生長(zhǎng)厚度200~300 nm厚的ρ-GaN層。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:減小GaN/p-AlGaN層間的界面極化效應(yīng)，提高
了空穴的注入效率和更好地抑制了電子溢出，有源區(qū)的電子空穴濃度均勻性和發(fā)光效率都
得到改善。不同阱層厚度可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射峰的變化最終實(shí)現(xiàn)GaN基芯片的寬藍(lán)光波長(zhǎng)發(fā)射，
與黃光熒光粉封裝在一起能有效改善熒光轉(zhuǎn)換白光LED的顯色性。


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[0021]根據(jù)顯色指數(shù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，從襯底開(kāi)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多量子阱層由InGaN阱層和GaN壘層交替疊加而成，其特征在于，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，其特征在于，所述的InGaN/GaN多量子阱層中的量子阱的數(shù)量為4飛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，其特征在于，所述的InGaN講層厚度，從n-GaN到ρ-GaN方向，由2 nm遞增到3 nm,所述的GaN魚(yú)層厚度,從η-GaN到P-GaN方向，由16 nm遞減到4 nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，其特征在于，所述的遞增為等差遞增，所述的遞減為等差遞減。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，其特征在于，InGaN阱層中In的摩爾量為Ga和In的總量的15?18%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，其特征在于，所述的p_GaN層摻有受主Mg，所述的n-GaN層摻有施主Si。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)LED外延片，其特征在于，所述的襯底為藍(lán)寶石、娃、SiC或GaN中的一種。
8.一種白光LED,其特征在于，由權(quán)利要求1所述的GaN基寬藍(lán)光波長(zhǎng)芯片與黃光突光粉結(jié)合封裝而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的白光LED，其特征在于，所述的白光LED的發(fā)射峰值的范圍在55(T590nm，所述黃光熒光粉為YAG: Ce+、硅酸鹽、鋁酸鹽或氮化物中的一種。
【文檔編號(hào)】H01L33/06GK103515497SQ201310466986
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】章勇, 肖漢章, 李正凱, 羅長(zhǎng)得 申請(qǐng)人:華南師范大學(xué)