多波长发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供多波长发光二极管及其制备方法，涉及半导体材料与器件技术领域。本发明专利技术提供的多波长发光二极管包括一衬底、一缓冲层、一第一氮化镓层、一第二氮化镓层、一具有台阶化量子阱柱状结构的有源区、一电子阻挡层、一第三氮化镓层；本发明专利技术还提供所述多波长发光二极管的制备方法，包括：生长形成一具有多层结构的半导体结构；形成具有台阶化量子阱柱状结构的有源区；生长第三氮化镓层；沉积N型电极和P型电极。本发明专利技术提供多波长发光二极管及其制备方法，优点在于拓展发光二极管发光谱线范围，简化驱动电路的复杂性，提高电子或空穴的注入效率，降低接触电阻，提高了色度的调节和显色性指数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料与器件
，尤其涉及。
技术介绍
半导体发光二极管具有寿命长且节能绿色环保等优点，在日常生活的各个领域都得到了越来越多的应用且引起半导体研究和产业领域越来越大的重视。氮化镓(GaN)具有优异的物理和化学特性，与氮化铟(InN)、氮化铝(AlN)等III族氮化物组成三元、四元合金的禁带宽度可以在O. 7 eV - 6. 2 eV之间连续调节，并且任意组分的InAlGaN四元合金都是直接带隙，在白光照明、全色显示、彩色激光打印、高密度光存储、光探測、水下通信等领 域都有着广泛的应用前景。目前传统的白光发光二极管的设计方法主要有两种。ー种是将红、绿和蓝光二极管，在平面结构上组合封装得到白光ニ极管。其优势是三个ニ极管可以通过各自独立的控制电路来调节ニ极管的功率以实现顔色的可调性，但是其缺点就是每ー个白光ニ极管需要三个三基色ニ极管，成本较高；同时由于三基色ニ极管的平面排列方式，到时白光ニ极管色度空间方向性差；另外就是每个白光ニ极管需要三个控制电源，驱动电路复杂。另外ー种常见的途径是采用蓝光或紫外发光二极管激发荧光粉发光，实现各色光混合得到白光。其缺点是荧光粉吸收效率低导致其发射橙黄色或其他顔色的光效率低，从而混合光中荧光粉所发的光比例小，使得混合白光偏蓝色或紫外光，显色指数低；同时如果荧光粉涂覆不均匀使得产生的光也不均匀，封装有一定的难度，另外此类白光发光二极管除考虑ニ极管芯片寿命之外，荧光粉的寿命和可靠性也是ー个必须关注的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供，不依赖荧光粉而实现多波长的混合，提高ニ极管的寿命和可靠性。为了解决上述问题，本专利技术提供了ー种多波长发光二极管，该多波长发光二极管的有源区具有台阶化量子阱柱状结构，包括第一量子阱层和第二量子阱层，所述第二量子阱层设置于第一量子阱层裸露表面之上，所述第二量子阱层包含多个窗ロ，所述多个窗ロ处显露出第一量子阱层的表面。所述的多波长发光二极管进ー步包括 ー衬底； 一缓冲层，设置于所述衬底的裸露表面之上； 一第一氮化镓层，设置于所述缓冲层的裸露表面之上； 一第二氮化镓层，设置于所述第一氮化镓层的裸露表面之上； ー电子阻挡层，设置于所述有源区的裸露表面之上，所述有源区设置于所述第二氮化镓层的裸露表面之上；一第三氮化镓层，设置于所述电子阻挡层的裸露表面之上。所述衬底为平面蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底中任意一种。所述第一、第二和第三氮化镓层的材质均为氮化镓材料；所述第二氮化镓层的掺杂类型为N型；所述第三氮化镓层的掺杂类型为P型；所述电子阻挡层的材质为AlyGa1J或AlyGa 卜 yN/AlaInbGa 卜 a_bN。所述第一、第二量子讲层的材质分别为AlxInyGa1IyN和AlaInbGa1L,所述第一量子阱层的厚度范围为Inm至30nm，所述第二量子阱层的厚度范围为6nm至20nm;所述AlxInyGa1^yN中的χ的范围为O至1，y的范围为O至O. 5 ;所述AlaInbGa1IbN中a的范围为O至1，b的范围为O至O. 5 ;所述第一、第二量子阱层的周期数范围均为I至100。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了ー种如上述的多波长发光二极管的制备方 法，所述制备方法包括步骤 bl)外延生长第一量子阱层； b2)在所述第一量子阱层的裸露表面外延生长第二量子阱层；b3)图形化所述第二量子阱层的裸露表面，形成多个图形窗ロ，且所述图形窗ロ贯穿第ニ量子阱层直至显露出所述第一量子阱层。所述步骤b I之前进ー步包括步骤 a)提供一具有多层结构的半导体材料，包括衬底，在所述衬底上依次层叠的缓冲层、第ー氮化镓层以及第ニ氮化镓层。所述步骤b3之后进ー步包括步骤 c)在所述台阶化量子阱柱状结构的有源区的裸露表面上生长电子阻挡层； d)在所述电子阻挡层的裸露表面上生长第三氮化镓层； e)在所述第二氮化镓层的裸露表面上和第三氮化镓层的裸露表面上分别沉积N型电极和P型电极。所述步骤b3中形成的多个图形窗ロ，是采用金属粒子或薄膜退火自组装、反应离子刻蚀、全息曝光、电子束曝光中任意ー种方法实现。所述步骤e中的N型电极和P型电极均采用光刻并蒸镀、光刻并溅射中任意ー种方法制备。本专利技术提供了，拓展发光二极管发光谱线范围，简化了驱动电路。同时采用金属粒子或薄膜退火自组装以及反应离子刻蚀或全息曝光或电子束曝光等方法制备多梯度台阶结构的多量子阱有源区，有助于提高电子或空穴的注入效率，降低接触电阻。其叠层多波长多量子阱有源区的特性决定了发光二极管的多波长特性，有利于调节色度和提高显色性指数。本专利技术提供，提出了多梯度的台阶结构多量子阱有源区，其优点为 1)、采用多梯度的台阶结构多量子阱有源区结构实现了单芯片多波长的特性，相对于传统三基色芯片平面组合封装而言，简化了驱动电路； 2)、采用多梯度的台阶结构多量子阱有源区结构实现了P型电子阻挡层直接与多梯度的台阶结构多量子阱有源区的直接接触，有助于提高电子或空穴的注入效率，因此提高了其电光转换效率； 3)、采用多梯度的台阶结构多量子阱有源区结构降低了荧光粉的选择难度，多波长特性有助于提高显色指数。附图说明图I是本专利技术提供的多波长发光二极管实施例一的结构示意 图2是本专利技术提供的多波长发光二极管的制备方法实施例ニ的步骤流程 图3 图7是本专利技术提供的多波长发光二极管的制备方法实施例ニ的步骤图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的的具体实施方式做详细说明。实施例一 图I所示为本专利技术提供的多波长发光二极管实施例一的结构示意图。本实施例提供了ー种多波长发光二极管，包括 ー衬底100，所述衬底100为平面蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底中任意ー种； 一缓冲层200，设置于所述衬底100的裸露表面之上； 一第一氮化镓层300,设置于所述缓冲层200的裸露表面之上,所述第一氮化镓层300的材质为本征的氮化镓材料或轻掺杂的氮化镓材料； 一第二氮化镓层400,设置于所述第一氮化镓层300的裸露表面之上,所述第二氮化镓层400的掺杂类型为N型； 一有源区110，包括第一量子阱层500、第二量子阱层600，所述第二量子阱层600设置于第一量子阱层500裸露表面之上，所述有源区110设置于所述第二氮化镓层400的裸露表面之上，本实施例中所述第一量子阱层500、第二量子阱层600的材质为分别为AlxInyGa1^yN 和 AlaInbGa1^bN ； ー电子阻挡层700，设置于所述有源区110的裸露表面之上，所述电子阻挡层700的材质为 AlyGa1J 或 AlyGai_yN/AlaInbGa 1-a-bN 一第三氮化镓层800，设置于所述电子阻挡层700的裸露表面之上，所述第三氮化镓层800的掺杂类型为P型。所述有源区110与所述电子阻挡层700接触的界面具有台阶化量子阱柱状结构，与常规单一波长有源区结构不同，台阶化量子阱柱状结构为多梯度的台阶结构，台阶的高度取决于各波长有源区的厚度。采用多梯度的台阶结构多量子阱有源区结构实现了单芯片多波长的特性，相对于传统三基色芯片平面组合封装而言，简化了驱动电路，降低了荧光粉的选择难度，多波长特性有助于显色指数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长发光二极管，其特征在于，该多波长发光二极管的有源区具有台阶化量子阱柱状结构，包括第一量子阱层和第二量子阱层，所述第二量子阱层设置于第一量子阱层裸露表面之上，所述第二量子阱层包含多个窗口，所述多个窗口处显露出第一量子阱层的表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金朝，范亚明，朱建军，边历峰，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：