[发明专利]一种能直接发射白光的半导体异质结发光芯片

说明书

本发明提供了一种能直接发射白光的半导体异质结发光芯片，采用n型ZnO作为n型层，p型GaN材料作为p型层，在两者之间选择了合适的材料作为穿通阻挡层对异质结能带进行调控，使异质结能够同时发出同等强度的黄、绿光和蓝光，同时通过调控n型ZnO材料中的对应带边发光的紫光、氧空位的蓝绿光还有对应锌氧间隙位的橙光的强度，组合实现单一半导体异质结芯片直接发射白光，器件的显色指数高达91，色温5000‑10000K连续可调。这种器件结构简单，制造工艺也相对简单，且不需要荧光粉材料，同时创造性地引入可调控的穿通阻挡层后，在宽禁带半导体异质结上以非缺陷方式实现了直接白光发射，属于首创发明，具有较大应用前景。

技术领域

本发明属于半导体领域，涉及一种LED芯片，具体涉及一种能直接发射白光的半导体异质结发光芯片。

背景技术

目前市场上销售的各色发光二极管(LED)芯片都是基于III-V族和II-VI族半导体材料。其中氮化镓和氧化锌材料形成的器件，由于其宽带隙，高临界击穿场强，高热导率，化学稳定性好，发光强度高等特点，已经得到广泛应用。白光LED芯片常被用于照明以及手机和电脑显示器的背光源，其市场需求量很大，故白光LED芯片的制备很有必要。目前广泛使用的白光LED主要有三种方式合成白光，分别是用红、绿、蓝三色LED合成白光，或者用蓝色LED激发黄色荧光粉合成白光，或者用紫色LED激发红绿蓝三色荧光粉合成白光。长期以来，人类迫切需要单个LED能直接发射白光，这对于绿色环保、降低制造成本和使用能耗具有十分重大的社会效益和经济价值，同时也是极具挑战性的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能直接发射白光的半导体异质结发光芯片，其结构简单，工艺简单。

实现本发明目的的技术方案是：

一种能直接发射白光的半导体异质结发光芯片，依次包括n电极、n型层、p型层和p电极，其特征在于：所述n型层和p型层之间设有对异质结能带进行调控的穿通阻挡层，各层采用材料如下：

(1)使用p型氮化镓材料作为半导体异质结芯片的p型层；

(2)使用氧化锆或氧化镓作为器件的穿通阻挡层；

(3)使用n型氧化锌材料作为半导体异质结芯片的n型层。

本发明使用了n型ZnO作为n型层，p型GaN材料作为p型层，在两者之间选择了合适的材料(Ga₂O₃、ZrO₂)作为穿通阻挡层对异质结能带进行调控，使异质结能够同时发出极强的黄、绿光和蓝光(同等强度)，同时通过调控n型ZnO材料中的对应带边发光的紫光、氧空位的蓝绿光还有对应锌氧间隙位的橙光的强度，组合实现单一半导体异质结芯片直接发射白光(不需要荧光粉)，器件的显色指数高达91，色温5000-10000K连续可调。

作为优选，所述p型层的材料采用分子束外延、金属有机化合物化学气相沉积和原子层沉积中任意一种方法制备。

作为优选，所述p型层的p型氮化镓材料的载流子浓度在1×10¹⁶～5×10¹⁸cm^-3之间。

作为优选，所述穿通阻挡层采用分子束外延、金属有机化合物化学气相沉积、磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发、溶胶-凝胶法和原子层沉积中任意一种方法制备。

作为优选，所述穿通阻挡层厚度为1～60nm。

作为优选，所述n电极和p电极均采用ITO、AZO、Cr/Au、Ni/Au、Al和Ag中任意一种或者几种制成，厚度不限。

作为优选，所述n电极和p电极制备在半导体异质结发光芯片的同一个方向或者两个对称方向。

作为优选，所述n电极和p电极均可采用磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发、溶胶-凝胶法和原子层沉积中任意一种或者几种方法制备。