单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED及制备方法技术

单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED及制备方法涉及半导体技术领域，解决了白光LED色温和显色指数难以精确调控、性能和使用寿命低的问题，LED包括三个发光单元，一个包括从下至上顺次设置的第一石墨烯层、氮化物缓冲层、掺杂n

【技术实现步骤摘要】
单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED及制备方法。

技术介绍

[0002]当前，随着GaN基材料体系的外延技术不断进步，高亮度的绿光，蓝光以及更短波长的发光二极管的性能取得了突飞猛进的进步。目前，无论是在固态照明还是激光显示等领域，都对LED光源质量提出了更高的要求。白光LED是未来固态照明的主流，如何提升LED的显色指数以及色温是努力方向。
[0003]目前，实现白光发光二极管的解决方案可以从是否需要长波长荧光粉的角度分为两种类型。其中需要长波长荧光粉的一类白光二极管主要有两种：一是利用蓝光发光二极管激发黄色荧光粉；二是紫外发光二极管激发双基色荧光粉或者三基色荧光粉。无需长波长荧光粉的一类白光二极管主要是通过双基色二极管或者三基色二极管同时发光，色光混合从而出射白光，这一类二极管包含的种类较多，但是大都存在着很多问题，如：施主受主共掺白光LED，这种LED在电流较强的情况下光学品质会急剧下降；如：光子循环LED，这种结构是在InP衬底上生长AlGaInP外延片，由于InP衬底较脆弱，因此成品率很低；如：横向分布的多量子阱结构白光LED，这种工艺十分复杂，制造成本极高，不利于大规模生产。
[0004]曾出现过在同一块蓝宝石衬底上外延两个或三个InGaN/GaN多量子阱的工艺，这种工艺步骤简单，但是由于层与层之间的晶格失配度较大，导致应力过大，器件内部会积累一个很大的畸变，使得LED的光峰值位置发生变化，造成这种结构的LED显色指数以及色温都不尽如人意；同时还会导致器件内部出现密度很大的缺陷，这些缺陷会成为非辐射复合中心，使得LED器件的性能和使用寿命下降。并且，这些LED普遍采用多个多量子阱串联的二极管形式，注入电流在量子阱间的分配难以有效调控，进而导致混色光中各个波长比例难以有效调控，由此制备的白光lED器件色温、显色指数等等参数都难以精确调控。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED及制备方法。
[0006]本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，包括：从下至上顺次设置的衬底、第一隔离层和第二隔离层，衬底和第一隔离层之间、第一隔离层和第二隔离层之间、第二隔离层上均设有一个发光单元；
[0008]三个发光单元中，一个发光单元包括从下至上顺次设置的第一石墨烯层、氮化物缓冲层、掺杂n
‑
GaN层、蓝光In
x
Ga1‑
x
N/GaN多量子阱层和掺杂p
‑
GaN层，还包括设置在掺杂n
‑
GaN层上的第一电极一和设置在掺杂p
‑
GaN层上的第一电极二，所述氮化物缓冲层为AlN缓冲层或GaN缓冲层；一个发光单元包括从下至上顺次设置的第二石墨烯层、第一非掺杂i
‑
In
b
Ga1‑
b
N层、第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层、绿光In
d
Ga1‑
d
N/In
e
Ga1‑
e
N多量子阱层、第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层，还包括设置在第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层上的第二电极一和设置在第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层上的第二电极二；另一个发光单元包括从下至上顺次设置的第三石墨烯层、第二非掺杂i
‑
In
g
Ga1‑
g
N层、第二掺杂n
‑
In
h
Ga1‑
h
N层、红光In
j
Ga1‑
j
N/In
k
Ga1‑
k
N多量子阱层、第二掺杂p
‑
In
m
Ga1‑
m
N层，还包括设置在第二掺杂n
‑
In
h
Ga1‑
h
N层上的第三电极一和设置在第二掺杂p
‑
In
m
Ga1‑
m
N层上的第三电极二。
[0009]所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、在衬底上制备第一石墨烯缓冲层；
[0011]S2、在第一石墨烯缓冲层上外延制备氮化物缓冲层；
[0012]S3、在氮化物缓冲层上外延制备掺杂n
‑
GaN层；
[0013]S4、在掺杂n
‑
GaN层上外延制备蓝光In
x
Ga1‑
x
N/GaN多量子阱层；
[0014]S5、在蓝光In
x
Ga1‑
x
N/GaN多量子阱层上外延掺杂p
‑
GaN层；
[0015]S6、在掺杂p
‑
GaN层上外延第一隔离层；
[0016]S7、在第一隔离层上制备第二石墨烯层；
[0017]S8、在第二石墨烯层上外延第一非掺杂i
‑
In
b
Ga1‑
b
N层；
[0018]S9、在第一非掺杂i
‑
In
b
Ga1‑
b
N层上外延第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层；
[0019]S10、在第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层上外延制备绿光In
d
Ga1‑
d
N/In
e
Ga1‑
e
N多量子阱层；
[0020]S11、在绿光In
d
Ga1‑
d
N/In
e
Ga1‑
e
N多量子阱层上外延第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层；
[0021]S12、在第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层上外延第二隔离层；
[0022]S13、在第二隔离层上制备第三石墨烯层；
[0023]S14、在第三石墨烯层上外延第二非掺杂i
‑
In
g
Ga1‑
g
N层；
[0024]S15、在第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，包括：从下至上顺次设置的衬底、第一隔离层和第二隔离层，衬底和第一隔离层之间、第一隔离层和第二隔离层之间、第二隔离层上均设有一个发光单元；三个发光单元中，一个发光单元包括从下至上顺次设置的第一石墨烯层、氮化物缓冲层、掺杂n
‑
GaN层、蓝光In
x
Ga1‑
x
N/GaN多量子阱层和掺杂p
‑
GaN层，还包括设置在掺杂n
‑
GaN层上的第一电极一和设置在掺杂p
‑
GaN层上的第一电极二，所述氮化物缓冲层为AlN缓冲层或GaN缓冲层；一个发光单元包括从下至上顺次设置的第二石墨烯层、第一非掺杂i
‑
In
b
Ga1‑
b
N层、第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层、绿光In
d
Ga1‑
d
N/In
e
Ga1‑
e
N多量子阱层、第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层，还包括设置在第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层上的第二电极一和设置在第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层上的第二电极二；另一个发光单元包括从下至上顺次设置的第三石墨烯层、第二非掺杂i
‑
In
g
Ga1‑
g
N层、第二掺杂n
‑
In
h
Ga1‑
h
N层、红光In
j
Ga1‑
j
N/In
k
Ga1‑
k
N多量子阱层、第二掺杂p
‑
In
m
Ga1‑
m
N层，还包括设置在第二掺杂n
‑
In
h
Ga1‑
h
N层上的第三电极一和设置在第二掺杂p
‑
In
m
Ga1‑
m
N层上的第三电极二。2.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，所述x、d、e、j和k的范围为：0.2≤x≤0.4，0.4≤d≤0.6，0≤e＜d，0.65≤j≤0.8，0≤k＜j。3.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，所述b、c、f、g、h和m的范围为：0<b＜d，0<c<d，0<f<d，0<g＜j，0<h<j，0<m<j。4.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，所述掺杂n
‑
GaN层的掺杂浓度>5e18cm
‑3，厚度为500～1000nm；掺杂p
‑
GaN层的掺杂浓度>2e18cm
‑3，厚度为100～150nm。5.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，所述第一非掺杂i
‑
In
b
Ga1‑
b
N层的厚度>1um；第一掺杂n
‑
In
c
Ga1‑
c
N层的掺杂浓度>5e18cm
‑3，厚度为500～1000nm；第一掺杂p
‑
In
f
Ga1‑
f
N层的掺杂浓度>2e18cm
‑3，厚度为100～150nm。6.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，所述第二非掺杂i
‑
In
g
Ga1‑
g
N层的厚度>1um；第二掺杂n
‑
In
h
Ga1‑
h
N层的掺杂浓度>5e18cm
‑3，厚度为500～1000nm；第二掺杂p
‑
In
m
Ga1‑
m
N层的掺杂浓度>2e18cm
‑3，厚度为100～150nm。7.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，所述第一隔离层和第二隔离层均采用GaN:Fe层。8.如权利要求1所述的单片集成氮化物发光波长可调节的白光LED，其特征在于，具有所述蓝光In
x
Ga1‑
x
N/GaN多量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋科，黎大兵，孙晓娟，贲建伟，张山丽，陈洋，石芝铭，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：