光泵浦白光LED及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光泵浦白光LED及其制备方法，包括一个平面蓝光LED芯片，平面蓝光LED芯片至上而下依次包括蓝宝石衬底，n型GaN层，InGaN/AlGaN双异质结层，P型GaN层；P型GaN层上设有P-电极，n型GaN层设有n电极；蓝宝石衬底上表面生成有使蓝光向蓝宝石衬底竖直方向射出的光子晶体阵列，光子晶体阵列上表面的一侧从下至上依次设有红光波段DBR层和红光波段AlGaInP外延层，光子晶体阵列上表面的另一侧从下至上依次设有绿光波段DBR层和绿光波段AlGaInP外延层。它的优点是响应时间短，使用寿命长，能够很好满足的照明要求。

【技术实现步骤摘要】
制备光泵浦白光LED的方法及光泵浦白光LED
本专利技术涉及白光LED
，尤其是一种制备光泵浦白光LED的方法及光泵浦白光LED。
技术介绍
目前可见光通信使用的白光LED方案：(1)蓝光芯片+黄光荧光粉红，(2)红、绿、蓝三种LED混光。目前光子泵浦白光LED中的红绿光成分较少，无法满足照明对颜色方面的要求。其中，蓝光芯片+黄光荧光粉，蓝光LED响应速度可以达到10-9s，但是涂覆的荧光粉会增加响应时间，进而影响光通信的传输带宽。蓝光的3dB调制带宽大约为10MHz，而受到荧光粉发光时间的影响，白光调制带宽不到5MHz。红、绿、蓝三色LED，由于三种LED的开启电压、驱动电流都不一致，所以驱动电路设计复杂，另外三种LED的光衰速率也不一致，在照明一定时间后，其混合的白光会存在较大的色漂。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种光泵浦白光LED及其制备方法。本专利技术的技术方案：一种制备光泵浦白光LED的方法，包括以下步骤：(1)按照MOCVD方法制备平面蓝光LED芯片；通过金属有机化学气相沉积MOCVD生长技术获得，衬底采用蓝宝石，生长过程采用氢气和氮气作为载气，所用的Ga源、In源和N源分别是三甲基镓、三甲基铟和氨气，所使用的p型掺杂剂和n型掺杂剂分别是二茂镁和硅烷；(2)去除蓝宝石衬底表面杂质，蓝宝石衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质，先在蓝宝石衬底上生长25～35nm温度为730℃的GaN缓冲层，再升温至1150℃生长1.5～3.0um的非故意掺杂的GaN半导体层，之后在1200℃的条件下生长1.5～3.0um厚的Si掺杂n型GaN层，随后在900～950℃的条件下生长InGaN/AlGaN双异质结层，在1100℃条件下生长25～35nm的p型AlGaN电子阻挡层，最后生长250～350nm厚的Mg掺杂的p型GaN层，经过上述过程后生长出完整的蓝宝石衬底的GaN基LED外延片；(3)在n型GaN层表面制作n电极，在InGaN/AlGaN双异质结层表面制作P电极，首先需要刻蚀掉在n型GaN层表面的物质，即需要对步骤(2)中生长好的LED外延片清洗烘干，再依次进行旋涂光刻胶、烘干、曝光、显影、刻蚀、去除光刻胶工艺步骤，这时便露出n-GaN，再分别对n型GaN层蒸镀n电极，对p型GaN层蒸镀P-电极；(4)对蓝宝石衬底上表面进行抛光处理，用电子束光刻法、激光全息光刻法、干法刻蚀法或纳米压印法制备光子晶体阵列；(5)红光波段AlGaInP外延层采用n型GaAs衬底，Ⅲ族源用TMAl、TMGa、TMIn，V族源用AsH3、PH3，反应室的压力为8000-10000Pa，生长温度为680-7200℃，生长速率为4-5μm/h，载气是经过钯管纯化的氢气，在GaAs衬底上依次生长15～25对Al0.6Ga0.4As/AlAs红光波段DBR层，0.5μm厚的n型-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P限制层，(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P多量子阱有源层，0.5μm厚的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P限制层；通过控制Ⅲ族、V族掺杂浓度，调整(AlxGa1-x)0.5In0.5P的组分x来形成从红光到黄绿光的转变；使用化学腐蚀法把GaAs吸收衬底从生长好的AlGaInP上腐蚀掉，分别对露出的红光波段DBR层和绿光波段DBR层的下表面进行抛光处理；(6)将蓝宝石衬底表面做抛光处理，将蓝宝石衬底分别与红光波段DBR层和绿光波段DBR层进行键合。一种采用上述方法制备的光泵浦白光LED，包括一个平面蓝光LED芯片，平面蓝光LED芯片至上而下依次包括蓝宝石衬底，n型GaN层，InGaN/AlGaN双异质结层，P型GaN层；P型GaN层上设有P-电极，n型GaN层设有n电极；蓝宝石衬底上表面生成有使蓝光向蓝宝石衬底竖直方向射出的光子晶体阵列，光子晶体阵列上表面的一侧从下至上依次设有红光波段DBR层和红光波段AlGaInP外延层，光子晶体阵列上表面的另一侧从下至上依次设有绿光波段DBR层和绿光波段AlGaInP外延层。一种优选方案是红光波段AlGaInP外延层从下至上依次包括n-AlInP限制层，多量子阱有源层和p-AlInP限制层。一种优选方案是绿光波段AlGaInP外延层从下至上依次包括n-AlInP限制层，多量子阱有源层和p-AlInP限制层。一种优选方案是光子晶体阵列为方形阵列或三角形阵列。一种优选方案是光子晶体阵列包括若干个光子晶体，单个光子晶体的形状为圆形、方形、六变形或三角形。一种优选方案是单个光子晶体的高度大于0且小于等于蓝宝石衬底的厚度。一种优选方案是光子晶体阵列的占空比范围为大于等于0.00001且小于1。一种优选方案是红光波段DBR层是由若干层不同折射率的第一反射层交替组成，每层第一反射层的厚度为红光波段AlGaInP外延层发出光的峰值波长的四分之一。一种优选方案是绿光波段DBR层是由若干层不同折射率的第二反射层交替组成，每层第二反射层的厚度为绿光波段AlGaInP外延层发出光的峰值波长的四分之一。综合上述技术方案可知本专利技术具有如下有益效果：利用光泵浦效应，通过增加红光波段AlGaInP外延层和绿光波段AlGaInP外延层、以及它们与蓝宝石衬底之间的DBR层、光子晶体，使本专利技术的色坐标、显色指数、光效均能够很好的满足照明要求，同时它的响应时间短，使用寿命长。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中光子晶体阵列为三角形阵列示意图；图3是本专利技术中光子晶体阵列为方形阵列示意图；图4是本专利技术中红光波段DBR层中的高低折射率层的示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本专利技术做进一步描述。第一实施例一种制备光泵浦白光LED的方法，包括以下步骤：(1)按照MOCVD方法制备平面蓝光LED芯片；通过金属有机化学气相沉积MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition)生长技术获得，衬底采用蓝宝石，生长过程采用氢气(H2)和氮气(N2)作为载气，所用的Ga源、In源和N源分别是三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)，所使用的p型掺杂剂和n型掺杂剂分别是二茂镁(Cp2Mg)和硅烷(SiH4)。(2)去除蓝宝石衬底表面杂质，蓝宝石衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质，先在蓝宝石衬底上生长25～35nm的低温(730℃)GaN缓冲层，升温(1150℃)生长1.5～3.0um的非故意掺杂的GaN半导体层，之后在1200℃的条件下生长1.5～3.0um厚的Si掺杂n型GaN层，随后在900～950℃的条件下生长15～25个(200nm)周期的InGaN/AlGaN双异质结层，在1100℃条件下生长25～35nm的p型AlGaN电子阻挡层，最后生长250～350nm厚的Mg掺杂的p型GaN层，经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光泵浦白光LED，包括一个平面蓝光LED芯片，所述平面蓝光LED芯片至上而下依次包括蓝宝石衬底，n型GaN层，InGaN/AlGaN双异质结层，P型GaN层；所述P型GaN层上设有P‑电极，所述n型GaN层设有n电极；其特征在于，所述蓝宝石衬底上表面生成有使蓝光向蓝宝石衬底竖直方向射出的光子晶体阵列，所述光子晶体阵列上表面的一侧从下至上依次设有红光波段DBR层和红光波段AlGaInP外延层，所述光子晶体阵列上表面的另一侧从下至上依次设有绿光波段DBR层和绿光波段AlGaInP外延层。

【技术特征摘要】
1.一种制备光泵浦白光LED的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照MOCVD方法制备平面蓝光LED芯片；通过金属有机化学气相沉积MOCVD生长技术获得，衬底采用蓝宝石，生长过程采用氢气和氮气作为载气，所用的Ga源、In源和N源分别是三甲基镓、三甲基铟和氨气，所使用的p型掺杂剂和n型掺杂剂分别是二茂镁和硅烷；(2)去除蓝宝石衬底表面杂质，蓝宝石衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质，先在蓝宝石衬底上生长25～35nm温度为730℃的GaN缓冲层，再升温至1150℃生长1.5～3.0um的非故意掺杂的GaN半导体层，之后在1200℃的条件下生长1.5～3.0um厚的Si掺杂n型GaN层，随后在900～950℃的条件下生长InGaN/AlGaN双异质结层，在1100℃条件下生长25～35nm的p型AlGaN电子阻挡层，最后生长250～350nm厚的Mg掺杂的p型GaN层，经过上述过程后生长出完整的蓝宝石衬底的GaN基LED外延片；(3)在n型GaN层表面制作n电极，在InGaN/AlGaN双异质结层表面制作P电极，首先需要刻蚀掉在n型GaN层表面的物质，即需要对步骤(2)中生长好的LED外延片清洗烘干，再依次进行旋涂光刻胶、烘干、曝光、显影、刻蚀、去除光刻胶工艺步骤，这时便露出n-GaN，再分别对n型GaN层蒸镀n电极，对p型GaN层蒸镀P-电极；(4)对蓝宝石衬底上表面进行抛光处理，用电子束光刻法、激光全息光刻法、干法刻蚀法或纳米压印法制备光子晶体阵列；(5)红光波段AlGaInP外延层采用n型GaAs衬底，Ⅲ族源用TMAl、TMGa、TMIn，V族源用AsH3、PH3，反应室的压力为8000-10000Pa，生长温度为680-7200℃，生长速率为4-5μm/h，载气是经过钯管纯化的氢气，在GaAs衬底上依次生长15～25对Al0.6Ga0.4As/AlAs红光波段DBR，0.5μm厚的n型-(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P限制层，(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P/(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P多量子阱有源层，0.5μm厚的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P限制层；通过控制Ⅲ族、V族掺杂浓度，调整(AlxGa1-x)0.5In0.5P的组分x来形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，
申请(专利权)人：深圳市九洲光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44