[发明专利]白光发光二极管及其制作方法

说明书

本发明提供了一种芯片级的白光发光二极管及其制作方法，通过在正常的蓝光量子阱的上面或者下面形成由量子阱构成的黄光激发层，利用蓝光量子阱发出的部分蓝光激发黄光激发层发出黄光，混合后形成白光，实现无荧光粉的白光芯片。在本发明中，利用有源层在电注入下发射蓝光，发出的蓝光激发黄光量子阱发射黄光，在注入电流时主要考虑与有源层匹配即可，以有源层发射出的蓝光量达到极大值为最佳。同时黄光量子阱的吸收转化效率高、不易饱和，混合产生的白光色温不随注入电流增大而偏离。

技术领域

本发明涉及半导体照明领域，具体为一种芯片级白光发光二极管及其制作方法。

背景技术

当前采用LED实现白光光源的技术路线主要有如下几种：第一种是采用红、绿、蓝三种颜色的LED混合输出白光，由于不同颜色的LED衰减速度不同，最终导致控制电路复杂且成本偏高；第二种是采用单基色LED搭配荧光粉实现白光输出，如利用蓝光LED激发黄光荧光粉，或者紫外光LED激发三基色荧光粉，然而荧光粉的稳定性及色温的控制都是技术上的难点，同时对封装工艺有较高要求。第三种是采用无荧光粉的单芯片实现白光，其有望克服以上各种技术的缺陷。

现有的无荧光粉单芯片白光技术主要有如下几种。如中国专利文献CN1741290A中公开一种蓝光、黄光量子阱堆叠结构的白光LED，在量子阱有源区同时生长蓝光和黄光量子阱，电流注入后同时发出蓝光和白光而实现白光输出；但在不同电流下，蓝光和黄光的发光比例较难控制，导致不同电流下色温不一致；另外由于量子阱不是针对蓝光而达到最优化，最终会导致整体效率偏低。中国专利文献CN102097554A中提到了另外一种单芯片白光技术，利用在蓝光量子阱有源区下插入InGaN应力调制层，使蓝光量子阱中形成富含In的能发出黄光的量子点，电注入下量子阱发的蓝光和量子点发出的黄光混合而输出白光。但此种技术中量子点发光容易饱和，高电流注入下色温很容易偏高，并且技术上也很难控制量子点的密度。中国专利文献CN101556983A提到了另一种技术，其有源区能发出370-420nm近紫外光，在有源区下面有一层利用高密度缺陷实现的荧光层，在紫光激发下可发出黄光，与有源区发出的混合而实现白光。但此技术依赖于材料中的点缺陷，点缺陷发光容易在高电流下饱和，最终导致白光色温随注入电流增加而升高。

发明内容

本发明提供了一种芯片级白光发光二极管，通过在正常的蓝光有源层的上面或者下面加入量子阱，利用蓝光有源层发出的部分蓝光激发量子阱发出黄光，混合后形成白光，实现无荧光粉的白光芯片。

本发明的技术方案为：白光发光二极管，包括空穴注入层、有源层和电子注入层，所述有源层具有两个相对的表面，分别为出光面和背光面，在所述有源层的出光面之上设置一量子阱，在电注入下，所述有源层发射蓝光，其发射出的蓝光一部分穿过所述量子阱层向外射出，一部分激发所述量子阱发出黄光，两者混合后形成白光。

优选的，通过调整所述量子阱的个数，调节黄光产生的比例，进而调整白光的色温。

优选的，所述量子阱的个数为3~10个。

优选的，所述量子阱为InGaN/GaN、InGaN/InGaN、InGaN/AlGaN、或InGaN/AlInGaN。

优选的，所述量子阱的垒层厚度为20~200nm，阱层的厚度为3~6nm。

优选的，优化所述有源层和量子阱的结构，在电注入下使所述有源层发射出的蓝光量达到极大值。

在第一个较佳实施例中，所述有源层的出光面邻近所述电子注入层，所述量子阱位于所述有源层与电子注入层之间。进一步的，所述有源层与量子阱之间还有一n型掺杂的势垒层。更佳的，所述量子阱的势垒层具有n型掺杂，其掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3 ~ 5×10¹⁸cm^-3。

在另一些实施例中，所述有源层的出光面邻近所述空穴注入层，所述有源层与量子阱之间还设置有一势垒层。