显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法技术

一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法，该器件包括：衬底；第一外延层；具有n个阵列排列的微/纳米孔洞的SiO2层，位于所述第一外延层的上方；n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，位于各微/纳米孔洞上方；以及量子点区域，位于每两个三维六角梯形结构之间。本发明专利技术结合量子阱和量子点所形成的发光源，既能避免荧光粉所带来的缺陷，又可以充分利用量子阱与量子点结合所具有的优势，提高发光效率。通过调节量子阱中In的组分可以使所得到的三维六角梯形结构的侧面发射蓝光，上表面发射比蓝光波长长的绿和/或黄光，同时也可改变间隙中混合量子点的配比，从而调节其发光波长与强度，实现高显色性能。

Non fluorescent phosphor single chip white LED device with adjustable index and preparation method thereof

A phosphor-free single-chip white LED device with adjustable display finger and a preparation method thereof comprise a substrate; a first epitaxial layer; a SiO2 layer with n arrays of micro/nano holes above the first epitaxial layer; and N three-dimensional hexagonal trapezoidal structures containing InGaN/GaN quantum wells on each micro/nano hole. The quantum dot region is located between every two three-dimensional six angle trapezoid structures. The invention combines the luminous source formed by the quantum well and the quantum dot, not only avoids the defects brought by the phosphor, but also makes full use of the advantages of the combination of the quantum well and the quantum dot to improve the luminous efficiency. By adjusting the composition of in in, blue light can be emitted from the side of the three-dimensional hexagonal trapezoidal structure, and green and / or yellow light can be emitted from the upper surface longer than the blue light wavelength. At the same time, the ratio of mixed quantum dots in the gap can be changed, so that the luminous wavelength and intensity can be adjusted to achieve high color rendering performance.

【技术实现步骤摘要】
显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体外延和芯片
，尤其涉及一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染等一系列的问题日益突出。发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源，因具有体积小、高光效、低电耗、长寿命等优势受到高度的重视。近年来，获得白光LED最普遍的方法就是利用低压直流电来激发单一基质的半导体芯片，其芯片发射出的光再激发到涂敷在芯片上的荧光粉，使荧光粉发出人眼可见的长波长的光，最后通过调节荧光粉的比例来实现白光发射。这种方法主要分为两种：一种为用蓝光芯片激发黄色荧光粉，即以蓝光LED芯片作为激发光源，激发与该种芯片发射波长匹配的黄色荧光粉，将发射出的黄光与激发光源的蓝光进行组合得到白光；另一种为用近紫外光芯片激发红、绿、蓝三基色荧光粉，即以近紫外LED芯片作为激发光源，激发能够发出红、绿、蓝三基色的三种荧光粉，将三种颜色的光进行调控组合得到白光。然而，这种采用荧光转换的方法存在着很多缺陷，例如由于斯托克斯位移而引起的能量损失，寿命相对缩短，荧光粉的降解，色温不稳定，显色指数较低，存在严重的猝灭发光现象等一系列问题。此外，还有就是红绿蓝三基色LED芯片混合的方法，这种方法尽管可以避免荧光粉在光转换过程中固有的能量损失，但是RGB多芯片的混光过程复杂，并且需不同电路和控制系统，价格昂贵，同时色温也受电流波动影响等。而采用无荧光粉单芯片白光LED则具有以下的优势：采用单一芯片的LED——避免了多套控制电路的复杂设计，成本低，同时也避免了由不同芯片衰减速度而引起的光色漂移等问题，并且单芯片固态照明产品的热问题相对于多芯片型产品大为降低等；采用无荧光粉的LED——避免了荧光粉的降解、色温不稳定等问题，并且还具有显色指数较高、寿命相对较长等优势。因此，许多研究者们开始着力发展无荧光粉单芯片的白光LED照明技术，并提出了许多新的实施途径，如单芯片集成的多波长发射白光技术(采用适当的外延技术，生长出不同的3D或2D结构来制备多波长发射的LED)受到了极大的关注，但是在这些技术中白光的显色指数还比较低，因此，提高显色指数，使色坐标接近(1/3，1/3)也尤为迫切。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法，以解决上述的至少一项技术问题。(二)技术方案本专利技术的一方面，提供了一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，包括：衬底；第一外延层；具有n个阵列排列的微/纳米孔洞的SiO2层，位于所述第一外延层上方，n为大于1的正整数；n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，位于各微/纳米孔洞上方；以及量子点区域，位于每两个三维六角梯形结构之间；其中，所述InGaN/GaN量子阱与所述量子点区域形成发光源。在本专利技术的一些实施例中，所述InGaN/GaN量子阱中In为可调组分，所述InGaN/GaN量子阱的侧面发射蓝光，上表面发射绿光和/或黄光。在本专利技术的一些实施例中，所述量子点区域填充有可调比例的混合量子点：红色量子点和/或绿色量子点和/或黄色量子点。在本专利技术的一些实施例中，所述第一外延层自下而上包括：低温成核层、非掺杂GaN层和第一N型掺杂GaN层。在本专利技术的一些实施例中，还包括：位于所述InGaN/GaN量子阱内侧的第二N型掺杂GaN层，以及位于所述InGaN/GaN量子阱外侧的第二外延层，所述第二外延层自内而外包括：AlGaN电子阻挡层和P型掺层GaN层。在本专利技术的一些实施例中，所述低温成核层的厚度为5nm～200nm；所述非掺杂GaN层的厚度为0.2μm～10μm；所述第一N型掺杂GaN层的厚度为0.2μm～10μm；所述SiO2层的厚度为40nm～600nm；所述AlGaN电子阻挡层的厚度为10nm～250nm；所述P型GaN层的厚度为10nm～250nm。本专利技术的另一方面，还提供了一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件的制备方法，包括步骤：在衬底上方生长第一外延层；在所述第一外延层上方生长一层SiO2层，并在所述SiO2层上得到n个阵列排列的微/纳米孔洞；生长n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，所述三维六角梯形结构位于各微/纳米孔洞上方；以及在每两个三维六角梯形结构之间填充可调比例的混合量子点，形成量子点区域；其中，所述InGaN/GaN量子阱与所述量子点区域形成发光源。在本专利技术的一些实施例中，生长第一外延层包括步骤：在衬底上生长低温成核层；在所述低温成核层上生长非掺杂GaN层；以及在所述非掺杂GaN层上生长第一N型掺杂GaN层。在本专利技术的一些实施例中，在每两个三维六角梯形结构之间填充可调比例的混合量子点之前，还包括步骤：在所述InGaN/GaN量子阱内侧生长第二N型掺杂GaN层，以及在所述InGaN/GaN量子阱外侧生长第二外延层。在本专利技术的一些实施例中，所述第二外延层自内而外包括：AlGaN电子阻挡层和P型掺层GaN层。(三)有益效果本专利技术的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法，相较于现有技术，至少具有以下优点：1、结合量子点和量子阱所形成的发光源，既能避免荧光粉所带来的缺陷，又可以充分利用量子阱与量子点结合所具有的优势，即利用量子阱中的激子与量子点中的激子进行非辐射复合能量转移，提高发光效率。2、通过调节InGaN/GaN量子阱中In的组分，可以使得三维六角梯形结构的侧面发射蓝光，而上表面发射比蓝光波长长的绿光(或者黄绿光、或者黄光)，同时也可改变间隙中混合量子点(混合量子点中包含着红色量子点)的配比，两者结合，得到三基色，形成白光，并还可调节其发光波长与强度，使之能得到显指可调的无荧光粉单芯片白光LED的结构，实现高显色性能。附图说明图1为本专利技术实施例的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件结构的截面图。图2为本专利技术实施例的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件结构的俯视图。图3为本专利技术实施例的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件的制备方法的步骤示意图。图4为本专利技术实施例的步骤S1的子步骤的示意图。具体实施方式近年来，由于量子点(QDs)具有发射峰值可控、色彩纯度高、色稳定性高、高功率效率以及长寿命等的光电性能的优势而引起人们的重视，尤其是采用QDs作为色转换材料涂覆在InGaN发光二极管上的白光LED器件的应用，已取得很大进展。如果采用核壳结构的QDs来替代荧光粉来作为光转换材料则可以有效地避免了由传统荧光粉所造成的显色指数低以及存在严重的猝灭发光现象等的一些缺陷，而且有核壳结构的QDs材料具有很高的量子产率，例如CdSe/ZnS，其光学范围可覆盖整个可见光光谱区域，是目前最成熟且性能最好的半导体量子点材料。此外，研究还发现，通过混合不同发光波长的半导体量子点可以用来调节白光LED的性能参数，如色坐标、显色指数、相关色温等。2007年，Nizamoglu等人采用绿色、黄色以及红色QDs作为光转换材料涂覆在蓝光LED上得到白光LED器件，其色坐标为(0.30，0.28)，显色指数为40.9，色温为7521K；2016年，曹进等人也同样采用绿色、黄绿色以及红色QDs作为光转换材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，包括：衬底；第一外延层；具有n个阵列排列的微/纳米孔洞的SiO2层，位于所述第一外延层上方，n为大于1的正整数；n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，位于各微/纳米孔洞上方；以及量子点区域，位于每两个三维六角梯形结构之间；其中，所述InGaN/GaN量子阱与所述量子点区域形成发光源。

【技术特征摘要】
1.一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，包括：衬底；第一外延层；具有n个阵列排列的微/纳米孔洞的SiO2层，位于所述第一外延层上方，n为大于1的正整数；n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，位于各微/纳米孔洞上方；以及量子点区域，位于每两个三维六角梯形结构之间；其中，所述InGaN/GaN量子阱与所述量子点区域形成发光源。2.根据权利要求1所述的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，其中，所述InGaN/GaN量子阱中In为可调组分，所述InGaN/GaN量子阱的侧面发射蓝光，上表面发射绿光和/或黄光。3.根据权利要求1或2所述的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，其中，所述量子点区域填充有可调比例的混合量子点：红色量子点和/或绿色量子点和/或黄色量子点。4.根据权利要求3所述的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，其中，所述第一外延层自下而上包括：低温成核层、非掺杂GaN层和第一N型掺杂GaN层。5.根据权利要求4所述的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，其中，还包括：位于所述InGaN/GaN量子阱内侧的第二N型掺杂GaN层，以及位于所述InGaN/GaN量子阱外侧的第二外延层，所述第二外延层自内而外包括：AlGaN电子阻挡层和P型掺层GaN层。6.根据权利要求5所述的显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，其中：所述低温成核层的厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏同波，赵捷，魏学成，王军喜，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11