光泵浦发光器件及单片集成光泵浦发光器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光泵浦发光器件，包括透明的用于氮化物生长的衬底、黄绿红量子阱结构、以及位于所述黄绿红量子阱结构上方的覆盖层，其特征在于：所述衬底一侧置有多个包括但不限于氮化物的单元体，所述单元体具有倾斜侧面，所述黄绿红量子阱结构位于所述单元体的顶部。还提供了一种所述单片集成光泵浦发光器件的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光泵浦发光器件，以及单片集成光泵浦发光器件的制备方法。
技术介绍
高效节能InGaN/GaN量子阱发光二极管(LED)逐渐取代传统的，高能耗，低发光效率的发光灯泡。但是这类二极管在黄光、绿光和红光波段发光效率低，且颜色不稳定，其原因在于量子阱中发光介质InGaN内部的压应力。这种压应力主要来源于晶格失配，即晶格参数大的InGaN生长在晶格参数小的GaN晶面上。通过压电效应，形成一个纵向电场。这个电场总是将InGaN量子阱的电子与空穴分开，因此它们不能有效复合而发光。这种压应力还有其它副作用：不仅包括在生长过程中降低InGaN量子阱介质中In的含量,而且更突出的问题是造成V-形缺陷。V-型缺陷易于造成短路，即LED失效。尽管有好多努力，包括使用无压电效应的晶向，但还没能研制出性能稳定、高效黄绿光LED，更不用说红光LED。近年来有一种新的技术正在受到重视，即光泵浦LED。这种技术采用在光电子工业已经广泛使用的光泵浦方式。具体来讲，光泵浦不是使用电场向绿光或黄光InGaN量子阱中注射电子和空穴使其发光，而是用高效可靠的蓝紫光LED发出的光在黄绿光的量子阱中激发电子和空穴，电子和空穴复合，从而产生黄绿光。这种光泵浦方式有三个重要的优点：首先，整体而言，由电能转换成光能的效率得到了保证；其次，由于电场不是加在黄绿光的量子阱上，其LED失效率低；再者，由于蓝紫光在黄绿光量子阱中激发的电子和空穴数量远低于电场注入的电子和空穴数量，所以LED的颜色比较稳定；最后，通过调整蓝紫光的强度和黄绿光量子阱的数量，从而形成各种颜色的LED。这类现有技术可分两类：1)黄绿光量子阱和蓝紫光LED在衬底的同一侧，在这一类中，又有两种方式：第一，黄绿光量子阱置于蓝紫光LEDP-N结之内，这种结构的问题在于在生长这种结构的过程中，将形成V-型缺陷，质量差，LED容易失效；第二，黄绿光量子阱置于蓝紫光LEDP-N结之外，生长在LED最上方p-型材料上，但是这样将无法有效控制在发光的过程中空穴的分布，蓝紫光LED发光效率因此会降低。当然有人提出在LED最上方p-型材料上首先生长n-型材料形成隧道二极管，然后在生长黄绿光量子阱，这样可由n-型材料来控制空穴的均匀性，但是在生长n-型材料的过程中，蓝紫光量子阱或已经变质。2)黄绿光量子阱和蓝紫光LED分别在衬底的两侧，这类技术的其中一个例子是由德国OSRAM提出的，即黄绿光量子阱和蓝紫光分别生长在两个不同的蓝宝石上，然后降低前者衬底的厚度，把它粘到后者的表面上；另一个例子是加州大学圣塔巴巴拉分校提出的，即黄绿光量子阱和蓝紫光LED分别生长在单晶(11-22)GaN衬底的两侧，但是它排除了黄绿光量子阱的一侧使用p-型氮化物材料，也就是排除了使用二极管的内电场降低由压应力和压电效应形成的电场。现有的光泵浦方式还有待于优化和改善：首先，现有技术使用的是平面对平面的泵浦方式，到达黄绿红光量子阱的蓝紫光的强度不够高，需要提高蓝紫光激发的自由电子和空穴的浓度，保证黄绿红光量子阱有合适的量子效率及发光效率；其次，从目前来看，单晶GaN衬底还很贵重，产量低，无法满足发光工业的需要，所以新型发光器件的设计必须要考虑到使用蓝宝石衬底；但是，由于蓝宝石的热膨胀系数比氮化物的要大得多(大约35％)，即热膨胀失配，在生长降温过程中，在氮化物中将产生一个很大的压应力(300-500兆帕)，所以必须有效降低压应力；再者，为了能够充分吸收蓝紫光转换成黄绿光或红光，量子阱的数量要多，因此铟有机金属源消耗量将成为一个问题。另外，黄绿红光量子阱的设计还必须降低它们内部的、由晶格失配和热膨胀失配造成的压应力，以及降低压应力在量子阱中造成的电场。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种降低压应力、提高发光效率的光泵浦发光器件。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种上述单片集成光泵浦发光器件的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的第一个技术方案为：一种光泵浦发光器件，包括透明的用于氮化物生长的衬底、黄绿红量子阱结构、以及位于所述黄绿红量子阱结构上方的覆盖层，其特征在于：所述衬底一侧置有多个包括但不限于氮化物的单元体，所述单元体具有倾斜侧面，所述黄绿红量子阱结构位于所述单元体的顶部。根据本专利技术的一个方面，所述单元体为锥形体，所述单元体的锥顶截面直径为0.5～50μm，所述单元体的倾斜侧面的底角为89°～20°，所述单元体的高度为500nm～50μm。根据本专利技术的另一个方面，所述单元体为带状体，所述单元体的截面为梯形，梯形截面上边为0.5μm～50μm，所述单元体的倾斜侧面的底角为89°～20°，所述单元体的高度为500nm～50μm。进一步地，所述单元体为氮极性，所述单元体的上部具有掺杂Mg的p-型氮化物，Mg的掺杂浓度为2x10+17cm-3～8x10+19cm-3，所述掺杂Mg的p-型氮化物的厚度不小于10nm，从而可以与其上方的n-型材料形成一个二极管内电场，与压电效应和压应力共同形成的电场方向相反，从而增加黄绿红量子阱的发光效率。进一步地，所述单元体为镓极性，所述单元体的上部具有n-型掺杂的氮化物，掺杂浓度为2x10+17cm-3～8x10+19cm-3，所述掺杂的n-型氮化物的厚度不小于10nm，可以与其上方的p-型掺杂的氮化物形成一个二极管内电场，与压电效应和压应力共同形成的电场方向相反，从而增加黄绿红量子阱的发光效率。进一步地，相邻的所述单元体之间互不连接，所述衬底为蓝宝石，所述衬底的表面在所述单元体之间显露出来，由于生长在蓝宝石上的氮化物总是有压应力，基片总是凸起翘曲，而使得单元体相互不连接后，可以让蓝宝石衬底容易弯曲。进一步地，所述单元体的侧面和相邻的单元体之间的间隙涂敷有光反射层，从而增加表面光反射率，通过调节光反射层的覆盖率，可以改变发光器件的颜色。优选的，所述光反射层为金属或介电涂层。进一步地，所述单元体包括由氮化物组成的分布布拉格反射结构，从而增加黄绿红的输出效率。优选的，所述黄绿红量子阱结构中量子阱组分为InyGa1-yN，其中0.18≤y≤0.7；所述黄绿红量子阱的势垒的组分为InaAlbGa1-a-bN，其中0≤a≤y-0.01，0≤b≤0.3，所述黄绿红量子阱的势垒上包括n-型或p-型掺杂层，掺杂浓度至少为1x10+16cm-3。进一步地，所述黄绿红量子阱结构的底部包括至少一个厚度不少于5nm的氮化物缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光泵浦发光器件，包括透明的用于氮化物生长的衬底(1)、黄绿红量子阱结构(4)、以及位于所述黄绿红量子阱结构(4)上方的覆盖层(5)，其特征在于：所述衬底(1)一侧置有多个包括但不限于氮化物的单元体(3)，所述单元体(3)具有倾斜侧面，所述黄绿红量子阱结构(4)位于所述单元体(3)的顶部。

【技术特征摘要】
1.一种光泵浦发光器件，包括透明的用于氮化物生长的衬底(1)、黄绿红量子阱结
构(4)、以及位于所述黄绿红量子阱结构(4)上方的覆盖层(5)，其特征在于：所述衬底(1)
一侧置有多个包括但不限于氮化物的单元体(3)，所述单元体(3)具有倾斜侧面，所述黄
绿红量子阱结构(4)位于所述单元体(3)的顶部。
2.如权利要求1所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述单元体(3)为锥形体，
所述单元体(3)的锥顶截面直径为0.5～50μm，所述单元体(3)的倾斜侧面的底角(α)为89
°～20°，所述单元体(3)的高度(h)为500nm～50μm。
3.如权利要求1所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述单元体(3)为带状体，
所述单元体(3)的截面为梯形，梯形截面上边为0.5μm～50μm，所述单元体(3)的倾斜侧面
的底角(α)为89°～20°，所述单元体(3)的高度(h)为500nm～50μm。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述单元体(3)
为氮极性，所述单元体(3)的上部具有掺杂Mg的p-型氮化物(31)，Mg的掺杂浓度为
2x10+17cm-3～8x10+19cm-3，所述掺杂Mg的p-型氮化物(31)的厚度不小于10nm。
5.如权利要求1～3中任一项所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述单元体(3)
为镓极性，所述单元体(3)的上部具有n-型掺杂的氮化物(31)，掺杂浓度为
2x10+17cm-3～8x10+19cm-3，所述n-型掺杂的氮化物(31)的厚度不小于10nm。
6.如权利要求2～5中任一项所述的光泵浦发光器件，其特征在于：相邻的所述单
元体(3)之间互不连接，所述衬底(1)为蓝宝石，所述衬底(1)的表面在所述单元体(3)之间
显露出来。
7.如权利要求1所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述单元体(3)的侧面和相
邻的单元体(3)之间的间隙涂敷有光反射层(32)，所述光反射层(32)为金属或介电涂层。
8.如权利要求1所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述单元体(3)包括由氮化
物组成的分布布拉格反射结构。
9.如权利要求1所述的光泵浦发光器件，其特征在于：所述黄绿红量子阱结构(4)
组分为InyGa1-yN，其中0.18≤y≤0.7；所述黄绿红量子阱结构(4)的势垒的组分为
InaAlbGa1-a-bN，其中0≤a≤y-0.01，0≤b≤0.3，所述黄绿红量子阱结构(4)的势垒上包括
n-型或p-型掺杂层，掺杂浓度至少为1x1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜全忠，
申请(专利权)人：姜全忠，
类型：发明
国别省市：英国;GB