[发明专利]基于非辐射共振能量转移机制的白光LED及其制备方法

说明书

一种基于非辐射共振能量转移机制的白光LED及其制备方法，其包括：衬底；低温成核层，位于所述衬底上；非掺杂GaN层，位于所述低温成核层上；N型掺杂GaN层，位于所述非掺杂GaN层上；InGaN/GaN双波长多量子阱结构层，位于所述N型掺杂GaN层上；AlGaN电子阻挡层，位于所述InGaN/GaN双波长多量子阱结构层上；P‑GaN层，位于所述AlGaN电子阻挡层上；微/纳米孔或微/纳米柱阵列，包含n(n≥1)个微/纳米孔或微/纳米柱；以及混合量子点，填充于所述微/纳米孔之中或微纳米柱阵列间隙之间；通过改变混合量子点的配比，结合量子阱中In的组分的调节，形成全光谱，实现高显色性能。

技术领域

本公开涉及半导体外延和芯片技术领域，尤其涉及一种基于非辐射共振能量转移机制的白光LED及其制备方法。

背景技术

将量子点作为光转换材料涂覆在蓝光LED上所制成白光的LED在提高显色指数、发光效率上取得了较好的效果，然而，要想同时获得高显色指数以及高的发光效率的白光LED仍然比较困难。为此，在白光领域上，研究者们研制了很多新型的结构来替代传统的商业上的LED结构，以期待获得更好性能的白光LED器件。对此，科研工作者提出了一种新的结构——基于量子阱/量子点的非辐射共振能量转移机制的白光LED。在LED的发光区中，电子-空穴对和量子点之间存在一种能量直接传递的途径，即共振能量传递过程。其原理是，当量子阱结构中的激子(电子-空穴对)与量子点中的激子非常接近时，两者间能够进行能量转移，即量子阱中产生的一部分激子，并不是通过辐射复合，而是通过非辐射能量传递过程直接将能量传递给附近的量子点，从而激发电子-空穴对，再产生一个新的复合通道，激发量子点发光。从物理上说，这种直接的非辐射能量传递路径主要是由偶极子之间的相互作用产生的，即阱点耦合过程以及在量子点中发生的超快带间弛豫形成的。将荧光粉涂覆在蓝光LED所制成白光LED历经发光——激发——再发光多个过程，其存在着一定的效率损失，发光效率受到限制，相反，这种非辐射能量传递过程则减少了能量传递的中间过程，从而提高了色转换效率，提升了发光品质。2016年，南京大学刘斌课题组设计了一组氮化物的纳米晶体发光二极管，即利用纳米压印技术打出贯穿其量子阱InGan/GaN间的纳米孔/柱阵列，再采用旋涂的方式将量子点填充至纳米孔/柱阵列的间隙中，以形成混合杂化的LED结构，可以发现，这种方法可以显著减少激子的衰减寿命，能量转换效率可以获得高达80％，从而优化性能指标，其显色指数可达82，白光发射出的色温可从2629K到6636K，覆盖了温暖的白色、自然的白色和冷的白色等范围，取得了较好的发光效果。但是在这个技术中白光的显色指数还是没有达到一定的高度，因此，提高显色指数，使色坐标接近(1/3，1/3)也尤为迫切。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于非辐射共振能量转移机制的白光LED及其制备方法，以缓解现有技术中白光的显色指数比较低等技术问题等技术问题。

(二)技术方案

在本公开的一个方面，提供一种基于非辐射共振能量转移机制的白光LED，包括：衬底；低温成核层，位于所述衬底上；非掺杂GaN层，位于所述低温成核层上；N型掺杂GaN层，位于所述非掺杂GaN层上；InGaN/GaN双波长多量子阱结构层，位于所述N型掺杂GaN层上；AlGaN电子阻挡层，位于所述InGaN/GaN双波长多量子阱结构层上；P-GaN层，位于所述AlGaN电子阻挡层上；微/纳米孔阵列，包含n个微/纳米孔，所述微/纳米孔垂直贯穿所述P-GaN层、AlGaN电子阻挡层、InGaN/GaN双波长多量子阱结构层至部分N型掺杂GaN层；以及混合量子点，填充于所述微/纳米孔之中。