[发明专利]一种新型GaN基单芯片白光发光二极管器件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种GaN基单芯片白光发光二极管器件，本发明还包括该器件的制作方法。

技术背景

当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，以LED(发光二极管)为代表的半导体发光产品，具有节能、环保，以及光源寿命长、体积小等优点，正吸引着世人的目光。

目前白光二极管可以通过两种方法制作。一是采用红蓝绿等三基色LED芯片混光实现白光，另一种是采用蓝光或紫外光等芯片激发荧光材料实现白光。蓝光激发黄色荧光粉的白光二极管器件已被广泛应用于照明领域，但是这种商品化的白光器件还存在荧光粉光转换降低光效，荧光材料影响器件散热，需单独制作光致发光层，工艺比较复杂等问题，因此高光效高稳定的白光二极管制造成本还很高。单芯片白光发光二极管是一种有效的解决途径。实现单芯片白光目前已经报道的有发光区生长量子点(CN102097554A、CN101685844A)、芯片内部生长光致发光层(CN101556983)、电注入调控三基色芯片(CN101582418A)等方法，但是这些方法存在着生长控制难度大、制作工艺复杂等缺点，使得在产业上的应用大受限制。

此外，由于存在着p型氮化镓材料难以高效活化的难题和空穴载流子迁移率低的因素，在电场的作用下氮化镓芯片量子阱两端电子载流子和空穴载流子注入严重失衡。为了保证高电流效率，在外延层中加入电子阻挡层进入p型区域以及在N区域加入电子发射层是通常采用的做法，但是，未参与辐射复合的电子往往以声子的形式耗散能量。随着注入电流增加，额外的电子载流子就越大，引发更为严重的光效“droop”现象。如何充分利用多余的电子载流子，使其在发光端发挥作用，对于提高电流转化效率，提高大电流时的光效非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型GaN基单芯片白光发光二极管器件及其制作方法，该发光二极管器件将多余的电子载流子导入具有电子施主与电子受主结合的低导带能级结构中，通过电子激发D-A能级而发射长波长的黄光，之后与多量子阱中电子和空穴复合发射的蓝光混光形成所需白光，这样的器件既能够提高器件的发光效率，又能简化制作流程。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种新型GaN基单芯片白光发光二极管器件，其中包括依次层叠的衬底4、第一种半导体载流子注入层1、复合白光发光结构2、第二种半导体载流子注入层3，所述复合白光发光结构为黄光发光区21和蓝光发光区22复合而成，如图1所示。

如上所述的结构，其特征在于：衬底可以是蓝宝石，碳化硅，或硅材质。

如上所述的结构，其特征在于：所述黄光发光区21的结构为GaN层、InGaN层、AlInGaN层、InGaN/GaN多量子阱结构、InGaN/AlGaN多量子阱结构、InGaN/AlInGaN多量子阱结构中的一种或几种。

如上所述的结构，其特征在于：所述黄光发光区21若采用的多量子阱的结构，多量子阱的周期数为1-30。在多量子阱的每个周期中，阱的厚度为1-8nm，垒的厚度为2-20nm。

如上所述的结构，其特征在于：所述黄光发光区21的层厚为3-1000nm。

如上所述的结构，其特征在于：所述黄光发光区21中的低导带能级层所掺杂的元素为Mg、Si、Zn、Ge、B、Se、Sn、S中的两种或几种。

如上所述的结构，其特征在于：所述蓝光发光区22的结构为InGaN/GaN多量子阱结构或双异质结、In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN多量子阱结构或双异质结、InGaN/AlGaN多量子阱结构或双异质结、InGaN/AlInGaN多量子阱结构或双异质结中的一种或几种。

如上所述的结构，其特征在于：所述蓝光发光区22结构若采用多量子阱结构，则多量子阱周期数为1-20。在多量子阱的每个周期中，阱的厚度为1-8nm，垒的厚度为2-20nm。

如上所述的结构，其特征在于：所述蓝光发光区22结构若采用双异质结结构，则低导带能级层的厚度为1-40nm。

本发明同时提供了这一种新型GaN基单芯片白光发光二极管器件的制作方法，能够通过较为简单的步骤，制作出性能可靠、发光效率较高的发光二极管。