一種多光譜發光二極管結構的制作方法

本發明涉及半導體照明技術領域，尤其是涉及一種多光譜發光二極管結構。

背景技術：

發光二極管（led）以其節能環保、可靠性高等顯著特點得到人們廣泛的關注和研究。在能源危機和環境危機日益加重的今天，眾多國家和地區將led照明技術列為國家發展戰略。經過二十多年的研究和努力，led外延生長技術、led芯片制造技術以及led封裝技術均得到長足進步，使得led被廣泛用于顯示屏、指示燈、景觀照明、汽車燈、通用照明等很多領域。

目前，照明用白光led通常采用“藍光led+熒光粉”的方式制成，這種形式的白光led存在以下缺點：1、顯色指數、色溫和發光效率之間難以協調；2、熒光粉有限的轉換效率損失了部分led的發光效率。為此，人們提出了采用多色led合成白光的技術方案，如將“紅+黃+綠+青+藍”五基色led芯片封裝在一起制成白光led。這種白光led將可望獲得低色溫、高顯色指數、高光效的白光光源。如果直接將五種顏色的led芯片進行封裝獲得前述五基色白光，則在燈具封裝的過程中使用芯片數量多，一來對燈珠電路、光學設計帶來困難，其次光在空間的混合均勻性也較難調節。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種多光譜發光二極管結構，它能在單芯片內直接出射多光譜（兩種或者三種波長的光），從而使五基色白光封裝所用芯片顆粒數大幅下降，對燈珠的電路設計、光學設計以及混光提供了很大的設計窗口。

本發明的目的是這樣實現的：

一種多光譜發光二極管結構，包含：襯底；層疊于所述襯底上的半導體疊層，該半導體疊層至少包含一層n型半導體層、一層p型半導體層和一層夾于n型半導體層、p型半導體層之間的多光譜發光多量子阱層；特征是：所述多光譜發光多量子阱層由量子阱禁帶寬度不同的兩組或三組層疊排列的多量子阱發光單元組成，兩組層疊排列的多量子阱發光單元能同時出射兩種波長的光，三組層疊排列的多量子阱發光單元能同時出射三種波長的光，任意兩種波長的光之間的波長差為λ，其中:100nm≥λ≥10nm；所述多量子阱發光單元是由量子阱層和量子壘層組成的周期結構，周期數為k，其中:10≥k≥1；所述多量子阱發光單元的發光波長由多量子阱發光單元的量子阱禁帶寬度決定，發光波長范圍為380nm─700nm。

發光光譜通過改變所述多量子阱發光單元的量子阱禁帶寬帶、量子阱層和量子壘層周期結構的周期數、量子阱層厚度、量子壘層厚度進行調節。

所述半導體疊層是銦鎵鋁氮（inxgayal1-x-yn，0≤x≤1，0≤y≤1）或銦鎵鋁磷（inxgayal1-x-yp，0≤x≤1，0≤y≤1）發光材料中的一種。

所述襯底為硅(si)、藍寶石(al2o3)、碳化硅(sic)、砷化鎵（gaas）、氮化鋁（aln）、磷化鎵（gap）、氧化鋅（zno）以及氮化鎵(gan)中的一種。

本發明所提供的多光譜發光二極管結構的特點在于可直接出射在380nm─700nm波長范圍內且最大、最小波長差小于100nm的多光譜發光（兩種或者三種波長的光），從而使五基色白光封裝所用芯片顆粒數大幅下降，對燈珠的電路設計、光學設計以及混光提供了很大的設計窗口，例如使用單芯片發“綠+青+藍”光的led與單芯片發“紅+黃”光的led這兩種芯片組合便可實現五基色白光；同時，本發明所提供的多光譜發光二極管結構，其光譜靈活多變，可滿足不同色溫、顯色指數白光的需求，例如對單芯片發“綠+青+藍”光的led結構，可以通過調節綠光、青光、藍光三種多量子阱發光單元的禁帶寬度、量子阱厚度、量子壘厚度、量子阱壘周期數以及綠青藍三色多量子阱發光單元的排列順序，從而實現綠青藍三色光光譜相對強度的調節。

因此，本發明具有能在單芯片內直接出射多光譜（兩種或者三種波長的光）、使五基色白光封裝所用芯片顆粒數大幅下降、光譜靈活多變、對燈珠的電路設計、光學設計以及混光提供了很大的設計窗口等優點。

附圖說明

圖1為本發明的剖面圖；

圖2實施例1中多光譜發光二極管結構的發光光譜示意圖；

圖3實施例2中多光譜發光二極管結構的發光光譜示意圖；

其中，100—襯底，200—n型半導體層，300—多光譜發光多量子阱層，310—多量子阱發光單元，320—多量子阱發光單元，330—多量子阱發光單元,311—量子阱層，321—量子阱層，331—量子阱層，312—量子壘層，322—量子壘層，332—量子壘層，400—p型半導體層，500—半導體疊層。

具體實施方式

下面結合實施例并對照附圖對本發明作進一步說明。

實施例1：

襯底100采用硅（si）襯底，半導體疊層500采用inxgayal1-x-yn材料體系，n型半導體層200為摻si濃度2×10¹⁸─5×10¹⁸cm^-3gan；p半導體層400為摻mg濃度1×10²⁰cm^-3的gan；多光譜發光多量子阱層300由三組多量子阱發光單元310、320和330從下向上依次層疊排列組成，其中多量子阱發光單元310由5個周期的量子阱311和量子壘312組成，量子阱311發光波長為450-460nm的藍光，多量子阱發光單元320由2個周期的量子阱321和量子壘322組成，量子阱321發光波長為480-490nm的青光，多量子阱發光單元330由1個周期的量子阱331和量子壘332組成，量子阱331發光波長為520-530nm的綠光；本實施例中的多光譜發光二極管結構的發光光譜為綠、青、藍三色光合成的光譜，其光譜可調節為如圖2所示的光譜，同時不僅限于圖2中的光譜。

實施例2：

襯底100采用砷化鎵（gaas）襯底，半導體疊層500采用inxgayal1-x-yp材料體系；n型半導體層200為n型銦鎵鋁磷（alxgayin1-x-yp，1≥x≥0，1≥y≥0）；p半導體層400為p型銦鎵鋁磷（alxgayin1-x-yp，1≥x≥0，1≥y≥0）；多光譜發光多量子阱層300由兩組多量子阱發光單元310和320依次層疊排列組成，其中多量子阱發光單元310由5個周期的量子阱311和量子壘312組成，量子阱311發光波長為590-600nm的橙光，多量子阱發光單元320由2個周期的量子阱321和量子壘322組成，量子阱321發光波長為620-630nm的紅光；本實施例中的多光譜發光二極管結構的發光光譜為紅橙兩色光合成的光譜，其光譜可調節為如圖3所示的光譜，同時不僅限于圖3中的光譜。

技術特征：

技術總結
本發明公開了一種多光譜發光二極管結構，包含：襯底和半導體疊層，該半導體疊層至少包含一層n型半導體層、一層p型半導體層和多光譜發光多量子阱層；特征是：所述多光譜發光多量子阱層由量子阱禁帶寬度不同的兩組或三組層疊排列的多量子阱發光單元組成，可以同時出射兩種或三種波長的光，任意兩種波長的光之間的波長差為λ，其中100nm≥λ≥10nm；所述多量子阱發光單元是由量子阱層和量子壘層組成的周期結構，周期數為k；所述多量子阱發光單元的發光波長由其量子阱禁帶寬度決定，發光波長范圍為380nm─700nm。本發明能在單芯片內直接出射多光譜，可使五基色白光封裝所用芯片顆粒數大幅下降，對燈珠的電路設計、光學設計以及混光提供了很大的設計窗口。

技術研發人員：劉軍林;江風益;莫春蘭;張建立;王小蘭;吳小明;高江東
受保護的技術使用者：南昌大學;南昌黃綠照明有限公司
技術研發日：2017.04.27
技術公布日：2017.09.15