[发明专利]光泵浦白光LED及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及白光LED技术领域，尤其是一种光泵浦白光LED及其制备方法。

背景技术

目前可见光通信使用的白光LED方案：(1)蓝光芯片+黄光荧光粉红，(2)红、绿、蓝三种LED混光。目前光子泵浦白光LED中的红绿光成分较少，无法满足照明对颜色方面的要求。其中，蓝光芯片+黄光荧光粉，蓝光LED响应速度可以达到10^-9s，但是涂覆的荧光粉会增加响应时间，进而影响光通信的传输带宽。蓝光的3dB调制带宽大约为10MHz，而受到荧光粉发光时间的影响，白光调制带宽不到5MHz。红、绿、蓝三色LED，由于三种LED的开启电压、驱动电流都不一致，所以驱动电路设计复杂，另外三种LED的光衰速率也不一致，在照明一定时间后，其混合的白光会存在较大的色漂。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种光泵浦白光LED及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种光泵浦白光LED，包括一个平面蓝光LED芯片，平面蓝光LED芯片至上而下依次包括蓝宝石衬底，n型GaN层，InGaN/AlGaN双异质结层，P型GaN层；P型GaN层上设有P-电极，n型GaN层设有n电极；蓝宝石衬底上表面生成有使蓝光向蓝宝石衬底竖直方向射出的光子晶体阵列，光子晶体阵列上表面的一侧从下至上依次设有红光波段DBR层和红光波段AlGaInP外延层，光子晶体阵列上表面的另一侧从下至上依次设有绿光波段DBR层和绿光波段AlGaInP外延层。

一种优选方案是红光波段AlGaInP外延层从下至上依次包括n-AlInP限制层，多量子阱有源层和p-AlInP限制层。

一种优选方案是绿光波段AlGaInP外延层从下至上依次包括n-AlInP限制层，多量子阱有源层和p-AlInP限制层。

一种优选方案是光子晶体阵列为方形阵列或三角形阵列。

一种优选方案是光子晶体阵列包括若干个光子晶体，单个光子晶体的形状为圆形、方形、六变形或三角形。

一种优选方案是单个光子晶体的高度大于0且小于等于蓝宝石衬底的厚度。

一种优选方案是光子晶体阵列的占空比范围为大于等于0.00001且小于1。

一种优选方案是红光波段DBR层是由若干层不同折射率的第一反射层交替组成，每层第一反射层的厚度为红光波段AlGaInP外延层发出光的峰值波长的四分之一。

一种优选方案是绿光波段DBR层是由若干层不同折射率的第二反射层交替组成，每层第二反射层的厚度为绿光波段AlGaInP外延层发出光的峰值波长的四分之一。

本发明的另一技术方案为：

一种制备光泵浦白光LED的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照MOCVD方法制备平面蓝光LED芯片；通过金属有机化学气相沉积MOCVD生长技术获得，衬底采用蓝宝石，生长过程采用氢气和氮气作为载气，所用的Ga源、In源和N源分别是三甲基镓、三甲基铟和氨气，所使用的p型掺杂剂和n型掺杂剂分别是二茂镁和硅烷；

(2)去除蓝宝石衬底表面杂质，蓝宝石衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质，先在蓝宝石衬底上生长25～35nm温度为730℃的GaN缓冲层，再升温至1150℃生长1.5～3.0um的非故意掺杂的GaN半导体层，之后在1200℃的条件下生长1.5～3.0um厚的Si掺杂n型GaN层，随后在900～950℃的条件下生长InGaN/AlGaN双异质结层，在1100℃条件下生长25～35nm的p型AlGaN电子阻挡层，最后生长250～350nm厚的Mg掺杂的p型GaN层，经过上述过程后生长出完整的蓝宝石衬底的GaN基LED外延片；

(3)在n型GaN层表面制作n电极，在InGaN/AlGaN双异质结层表面制作P电极，首先需要刻蚀掉在n型GaN层表面的物质，即需要对步骤(2)中生长好的LED外延片清洗烘干，再依次进行旋涂光刻胶、烘干、曝光、显影、刻蚀、去除光刻胶工艺步骤，这时便露出n-GaN，再分别对n型GaN层蒸镀n电极，对p型GaN层蒸镀P-电极；

(4)对蓝宝石衬底上表面进行抛光处理，用电子束光刻法、激光全息光刻法、干法刻蚀法或纳米压印法制备光子晶体阵列；