專利名稱：不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白光發(fā)光二極管外延材料及其制備方法，特別涉及一種不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管芯片用外延材料及制法。
背景技術(shù)：
白光發(fā)光二極管作為白光光源具有發(fā)光效率高、響應(yīng)時(shí)間短、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)決定了它將部分取代現(xiàn)有白光光源的趨勢(shì)。目前普遍認(rèn)同的白光發(fā)光二極管的制作方法有以下三種(1)由三個(gè)單獨(dú)制作的或是單片集成的紅光、綠光和藍(lán)光發(fā)光二極管同時(shí)發(fā)光，從而混合得到白光，(2)由紫外或紫光發(fā)光二極管作為發(fā)光光源激發(fā)外層包裹的紅綠藍(lán)三色混合熒光粉，三色熒光粉所發(fā)光混合得到白光，(3)由藍(lán)光發(fā)光二極管作為發(fā)光光源，部分地激發(fā)外層包裹的黃光熒光粉發(fā)出黃光，內(nèi)部發(fā)光二極管所發(fā)藍(lán)光和激發(fā)熒光粉得到的黃光混合得到白光。其中，方法(1)由于成本和技術(shù)方面的原因還沒有得到應(yīng)用；方法(2)是制作比較簡(jiǎn)單也最被看好的一種白光發(fā)光二極管制作方法，但由于至今沒有找到合適的耐紫外輻照的封裝樹脂以及缺乏高效的紅色熒光粉，沒有得到普遍應(yīng)用；方法(3)是目前已經(jīng)商業(yè)化的一種白光發(fā)光二極管制作方法，同樣由于缺乏合適的紅光熒光粉而使白光發(fā)光二極管的發(fā)光品質(zhì)受到限制，由兩色光混合得到的白光光譜比較單一，發(fā)光色溫偏高且顯色指數(shù)偏低。雖然已經(jīng)商品化，方法(2)的顯色指數(shù)和色溫經(jīng)過多年的探索已經(jīng)有了有效改善，但是其本質(zhì)是經(jīng)過熒光粉轉(zhuǎn)換的這個(gè)核心問題，也就是熒光粉把藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的過程中，勢(shì)必導(dǎo)致的斯托克斯頻移造成了發(fā)光效率不高的問題，仍然制約著該方法的進(jìn)一步發(fā)展。
本發(fā)明采用量子點(diǎn)和浸潤層組成，或由于InGaN的相分離的方法而產(chǎn)生不同In組分的InGaN，進(jìn)而發(fā)出不同波長的光混和成為白光，從而實(shí)現(xiàn)單芯片白光發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了改善目前白光發(fā)光二極管所發(fā)白光需要熒光粉轉(zhuǎn)換的現(xiàn)狀，以及由此造成的發(fā)光效率受到影響和樹脂老化速度過快的問題，而提供不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管芯片用外延材料及制法；為達(dá)到此目的，本發(fā)明通過采用生長一種單管芯GaN基白光發(fā)光材料，不經(jīng)過熒光粉轉(zhuǎn)換即可獲得白光，從而避免了因?yàn)闊晒夥坜D(zhuǎn)換而帶來的問題，在不需要對(duì)器件制備和封裝工藝進(jìn)行大的改動(dòng)的基礎(chǔ)上降低了白光發(fā)光二極管的成本，提高了白光發(fā)光二極管的壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管芯片用外延材料，包括一襯底，以及依次覆于襯底表面之上的初始生長層和本征GaN緩沖層，其特征在于，還包括依次覆于本征GaN緩沖層之上的n型GaN層、InGaN弛豫層、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層、p型AlGaN夾層和p型GaN層；所述襯底為藍(lán)寶石或者SiC襯底或者硅襯底；所述初始生長層為AlN層或者GaN層；其厚度為1～500nm。
所述本征GaN緩沖層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合而成的在異質(zhì)襯底上外延的過渡層；所述本征GaN緩沖層厚度為20nm～3μm。
所述n型GaN層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合的n型歐姆接觸的接觸層；所述n型GaN層厚度為20nm～5μm。
所述InGaN弛豫層為InzGa1-zN層，其中z為0～0.2；所述InGaN弛豫層厚度為10nm～3μm所述InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層為由勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN組成的發(fā)光二極管的有源層，其中y＜x，y＜x，，0.1＜x＜0.3，0＜y＜0.15；所述量子阱層InxGa1-xN由量子點(diǎn)和浸潤層組成或者由相分凝而產(chǎn)生的兩個(gè)不同組分的量子結(jié)構(gòu)組成；所述勢(shì)壘層InyGa1-yN厚度為5～30nm，量子阱層InxGa1-xN厚度為1～6nm；所述勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為0～1×1018/cm3，量子阱的周期數(shù)為1～20；所述p型AlGaN夾層為AlmGa1-mN夾層，其中m為0～0.2；所述p型AlGaN夾層厚度為0～200nm。
所述p型GaN層為GaN層、InAlN層、AlGaN層、InAlGaN層或這幾種合金組合的制備p型歐姆接觸的接觸層；所述p型GaN層厚度為20nm～1μm。
本發(fā)明提供的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料的制備方法，其步驟如下以藍(lán)寶石或者SiC或者硅作為襯底，用常規(guī)半導(dǎo)體器件沉積技術(shù)在所述襯底上依次生長初始生長層、GaN緩沖層、n型GaN層、InGaN弛豫層、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層、p型AlGaN夾層和p型GaN層，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料；所述初始生長層為AlN層或者GaN層；所述的初始生長層厚度為1～500nm。
所述本征GaN緩沖層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合而成的在異質(zhì)襯底上外延的過渡層；所述本征GaN緩沖層厚為20nm～3μm。
所述n型GaN層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合的n型歐姆接觸的接觸層；所述的n型GaN層厚度為20nm～5μm。
所述InGaN弛豫層為InzGa1-zN層，其中z為0～0.2；所述的InGaN弛豫層厚度為10nm～3μm。
所述InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層為由勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN組成的發(fā)光二極管的有源層，其中y＜x，y＜x，，0.1＜x＜0.3，0＜y＜0.15；所述量子阱層InxGa1-xN由量子點(diǎn)和浸潤層組成或者由相分凝而產(chǎn)生的兩個(gè)不同組分的量子結(jié)構(gòu)組成；所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的厚度為5～30nm，量子阱層InxGa1-xN的厚度為1～6nm；所述勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為0～1×1018/cm3，量子阱的周期數(shù)為1～20；
所述的p型AlGaN夾層為AlmGa1-mN夾層，其中m為0～0.2；所述p型p型AlGaN夾層厚度為0～200mm。
所述的p型GaN層為GaN層、InAlN層、AlGaN層、InAlGaN層或這幾種合金組合的制備p型歐姆接觸的接觸層；所述p型GaN層的厚度為20nm～1μm。
本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯片用外延材料，其多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層中InGaN阱層量子點(diǎn)層由量子點(diǎn)中發(fā)出的光為黃光或者紅光，浸潤層發(fā)出的光為藍(lán)光，或者由于不同組分或厚度的InGaN阱層量子點(diǎn)發(fā)出綠光和紅光，而浸潤層發(fā)出藍(lán)光或綠光，從而將紅綠藍(lán)光混合成為白光?；蛘逫nGaN阱層由相分凝發(fā)出黃光和藍(lán)光合成白光，或者由于不同組分或厚度的InGaN阱層發(fā)出藍(lán)光、綠光和紅光而混合成為白光本發(fā)明是針對(duì)目前的白光發(fā)光二極管，需要熒光粉轉(zhuǎn)換這一實(shí)際情況而提出的新的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管芯片用外延材料及其制備方法。本發(fā)明在藍(lán)寶石或者SiC襯底上外延生長白光發(fā)光二極管外延材料，擺脫了目前用熒光粉轉(zhuǎn)換的白光發(fā)光二極管的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了白光發(fā)光二極管的制作流程，降低了白光發(fā)光二極管的成本，由于不存在熒光粉轉(zhuǎn)換，故而沒有斯托克斯頻移效應(yīng)，提高了發(fā)光二極管的光利用效率。
本發(fā)明提供的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，通過調(diào)節(jié)InGaN弛豫層厚度、In組分，以及調(diào)節(jié)InyGa1-yN/InxGa1-xN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層的勢(shì)壘和勢(shì)阱層的厚度以及In組分來達(dá)到選擇發(fā)光二極管發(fā)射波長的目的，使得從發(fā)光層出射的光混合而成白光。
使用本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料所制備的發(fā)光二極管的光發(fā)射譜如圖2所示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料所制備的發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)在于1、通過采用InGaN弛豫層，量子點(diǎn)和浸潤層或者由于相分凝而產(chǎn)生不同In組分的InGaN發(fā)射不同波長的光混合成白光的方法來實(shí)現(xiàn)單芯片出射白光的目的，在對(duì)發(fā)光二極管優(yōu)化外延生長條件的前提下，簡(jiǎn)化了白光發(fā)光二極管的制作流程，降低了白光發(fā)光二極管的成本，由于不存在熒光粉轉(zhuǎn)換，故而沒有斯托克斯頻移效應(yīng)，提高了發(fā)光二極管的光利用效率；2、本發(fā)明的方法保留了普通發(fā)光二極管的器件工藝以及樹脂封裝流程，由于不需要熒光粉的轉(zhuǎn)換，因此在不增加器件復(fù)雜性的前提下，從根本上節(jié)約了白光發(fā)光二極管的制作費(fèi)用。


圖1是本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是使用本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料所制備的白光發(fā)光二極管的光發(fā)射譜；圖3是使用本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料所制備的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN單管芯白光發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1使用本發(fā)明的方法及其本發(fā)明的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料制備一不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN單管芯白光發(fā)光二極管，其步驟如下1)采用0.43mm厚的藍(lán)寶石作為襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積技術(shù)(MOCVD)在其上依次生長GaN初始生長層2、本征GaN層3(由GaN組成)、500nm厚的n型GaN層4(由GaN組成)、1μm厚InGaN弛豫層5(由In0.1Ga0.9N組成)、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層6(由勢(shì)壘層In0.05Ga0.95N和量子阱層In0.15Ga0.85N組成的5個(gè)周期的多量子阱，其中勢(shì)壘層In0.05Ga0.95N的厚度為10nm，量子阱層In0.15Ga0.85N的厚度為3nm，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的摻雜濃度為0，量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為1×1018/cm3)、200nm厚p型AlGaN夾層7(由Al0.2Ga0.8N組成)、p型GaN層8(由GaN組成)，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，如圖1所示；2)將步驟1)得到的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料用常規(guī)的SiO2掩膜及光刻技術(shù)從n型GaN層4和p型GaN層8分別引出n型電極9和p型電極10，得到一正面出光的發(fā)光二極管100，然后將藍(lán)寶石襯底用機(jī)械研磨的方法減薄到0.1mm，如圖3中的標(biāo)號(hào)100所示；所述n型電極8材料和結(jié)構(gòu)為Ti/Al/Ti/Au，其厚度分別為2nm/200nm/2nm/1μm；
所述的p型電極9材料和9結(jié)構(gòu)為Ni/Au，其厚度分別為100nm/1μm；3)將步驟2)得到的發(fā)光二極管引線，用樹脂11按照常規(guī)方法封裝，得到一不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN單管芯白光發(fā)光二極管。
實(shí)施例2使用本發(fā)明的方法制備不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，其步驟如下采用0.4mm厚的SiC作為襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積技術(shù)(MOCVD)在其上依次生長GaN初始生長層2、本征GaN層3(由AlN組成)、1μm厚的n型AlN層4(由GaN組成)、500nm厚InGaN弛豫層5(由GaN組成)、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層6(由勢(shì)壘層GaN和量子阱層In0.15Ga0.85N組成的4個(gè)周期的多量子阱，其中勢(shì)壘層GaN的厚度為12nm，量子阱層In0.15Ga0.85N的厚度為5nm，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的摻雜濃度為1×1018/cm30，量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為0)、0nm厚p型AlGaN夾層7(由Al0.2Ga0.8N組成)、300nm P型GaN層8(由InAlN組成)，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，如圖1所示。
實(shí)施例3使用本發(fā)明的方法制備不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，其步驟如下采用0.3mm厚的硅襯底作為襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積技術(shù)(MOCVD)在其上依次生長200nm厚AlN初始生長層2、1μm厚本征GaN層3(由InGaN組成)、0.5μm厚的n型GaN層4(由AlGaN組成)、10nm厚InGaN弛豫層5(由In0.2Ga0.8N組成)、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層6(由勢(shì)壘層GaN和量子阱層In0.15Ga0.85N組成的4個(gè)周期的多量子阱，其中勢(shì)壘層GaN的厚度為12nm，量子阱層In0.15Ga0.85N的厚度為5nm，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的摻雜濃度為1×1017/cm3，量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為2×1017/cm3)、0nm厚p型AlGaN夾層7(由Al0.2Ga0.8N組成)、300nm P型GaN層8(由AlGaN組成)，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，如圖1所示。
實(shí)施例4
使用本發(fā)明的方法制備不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，其步驟如下采用0.4mm厚的SiC作為襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積技術(shù)(MOCVD)在其上依次生長100nm厚的GaN初始生長層2、20nm厚的本征GaN層3(由InAlN組成)、5μm厚的n型GaN層4(由InGaN組成)、3μm厚InGaN弛豫層5(由In0.02Ga0.8N組成)、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層6(由勢(shì)壘層In0.15Ga0.85N和量子阱層In0.3Ga0.7N組成的20個(gè)周期的多量子阱，其中勢(shì)壘層GaN的厚度為12nm，量子阱層In0.3Ga0.7N的厚度為1nm，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的摻雜濃度為2×1017/cm3，量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為1×1017/cm3)、0nm厚p型AlGaN夾層7(由Al0.1Ga0.9N組成)、1μm P型GaN層8(由InAlGaN組成)，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，如圖1所示。
實(shí)施例5使用本發(fā)明的方法制備不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，其步驟如下采用0.4mm厚的SiC作為襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積技術(shù)(MOCVD)在其上依次生長1nm厚的GaN初始生長層2、3μm厚的本征GaN層3(由InAlGaN組成)、20nm厚的n型GaN層4(由InAlN組成)、10nm厚InGaN弛豫層5(由In0.2Ga0.9N組成)、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層6(由勢(shì)壘層GaN和量子阱層In0.15Ga0.85N組成的1個(gè)周期的多量子阱，其中勢(shì)壘層GaN的厚度為12nm，量子阱層In0.15Ga0.85N的厚度為5nm，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的摻雜濃度為1×1017/cm3，量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為2×1017/cm3)、100nm厚p型AlGaN夾層7(由GaN組成)、20nm P型GaN層8(由GaN組成)，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，如圖1所示。
實(shí)施例6使用本發(fā)明的方法制備不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，其步驟如下采用0.4mm厚的SiC作為襯底1，使用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相沉積技術(shù)(MOCVD)在其上依次生長500nm厚的GaN初始生長層2、20nm厚的本征GaN層3(由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN和InAlGaN幾種合金組合而成的在異質(zhì)襯底上外延的過渡層)、20nm厚的n型GaN層4(由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN和InAlGaN幾種合金組合的n型歐姆接觸的接觸層)、500nm厚InGaN弛豫層5(由In0.1Ga0.9N組成)、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層6(由勢(shì)壘層GaN和量子阱層In0.15Ga0.85N組成的4個(gè)周期的多量子阱，其中勢(shì)壘層GaN的厚度為12nm，量子阱層In0.1Ga0.9N的厚度為5nm，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的摻雜濃度為0，量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為2×1017/cm3)、200nm厚p型AlGaN夾層7(由GaN組成)、100nm P型GaN層8(由GaN、InAlN、AlGaN和InAlGaN幾種合金組合的p型歐姆接觸的接觸層)，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，如圖1所示。
權(quán)利要求
1.一種不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料，包括一襯底，以及依次覆于襯底表面之上的初始生長層和本征GaN緩沖層，其特征在于，還包括依次覆于本征GaN緩沖層之上的n型GaN層、InGaN弛豫層、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層、p型AlGaN夾層和p型GaN層；所述襯底為藍(lán)寶石或者SiC襯底或硅襯底；所述初始生長層為AlN層或者GaN層；所述本征GaN緩沖層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合而成的在異質(zhì)襯底上外延的過渡層；所述n型GaN層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合的n型歐姆接觸的接觸層；所述InGaN弛豫層為InzGa1-zN層，其中z為0～0.2；所述InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層為由勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN組成的發(fā)光二極管的有源層，其中y＜x，0.1＜x＜0.3，0＜y＜0.15；所述量子阱層InxGa1 xN由量子點(diǎn)和浸潤層組成或者由相分凝而產(chǎn)生的兩個(gè)不同組分的量子結(jié)構(gòu)組成；所述勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為0～1×1018/cm3，量子阱的周期數(shù)為1～20；所述p型AlGaN夾層為AlmGa1-mN夾層，其中m為0～0.2；所述p型GaN層為GaN層、InAlN層、AlGaN層、InAlGaN層或這幾種合金組合的制備p型歐姆接觸的接觸層。
2.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，所述初始生長層厚度為1～500nm。
3.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，所述本征GaN緩沖層厚度為20nm～3μm。
4.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，所述n型GaN層厚度為20nm～5μm。
5.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，所述InGaN弛豫層厚度為10nm～3μm。
6.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN厚度為5～30nm，量子阱層InxGa1-xN厚度為1～6nm。
7.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，p型AlGaN夾層厚度為0～200nm。
9.如權(quán)利要求1所述的不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料，其特征在于，所述p型GaN層厚度為20nm～1μm。
10.一種權(quán)利要求1所述不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN發(fā)光二極管芯用外延材料的制備方法，其步驟如下以藍(lán)寶石或者SiC或硅襯底作為襯底，用常規(guī)半導(dǎo)體器件沉積技術(shù)在所述襯底上依次生長初始生長層、GaN緩沖層、n型GaN層、InGaN弛豫層、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層、p型AlGaN夾層和p型GaN層，得到不需熒光粉轉(zhuǎn)換的GaN白光發(fā)光二極管芯用外延材料；所述初始生長層為AlN層或者GaN層；所述本征GaN緩沖層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合而成的在異質(zhì)襯底上外延的過渡層；所述n型GaN層為GaN層、AlN層、AlGaN層、InGaN層、InAlN層、InAlGaN層或者這幾種合金組合的n型歐姆接觸的接觸層；所述InGaN弛豫層為InzGa1-zN層，其中z為0～0.2；所述InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層為由勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN組成的發(fā)光二極管的有源層，其中y＜x，y＜x，，0.1＜x＜0.3，0＜y＜0.15；所述量子阱層InxGa1_xN由量子點(diǎn)和浸潤層組成或者由相分凝而產(chǎn)生的兩個(gè)不同組分的量子結(jié)構(gòu)組成；所述勢(shì)壘層InyGa1-yN和量子阱層InxGa1-xN層的摻雜濃度為0～1×1018/cm3，量子阱的周期數(shù)為1～20；所述的p型AlGaN夾層為AlmGa1-mN夾層，其中m為0～0.2；所述的p型GaN層為GaN層、InAlN層、AlGaN層、InAlGaN層或這幾種合金組合的制備p型歐姆接觸的接觸層。
11.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述的初始生長層厚度為1～500nm。
12.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述本征GaN緩沖層厚為20nm～3μm。
13.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述的n型GaN層厚度為20nm～5μm。
14.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述的InGaN弛豫層厚度為10nm～3μm。
15.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述勢(shì)壘層InyGa1-yN的厚度為5～30nm，量子阱層InxGa1-xN的厚度為1～6nm。
16.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述p型p型AlGaN夾層厚度為0～200nm。
17.如權(quán)利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述p型GaN層的厚度為20nm～1μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種不需熒光粉轉(zhuǎn)換的白光GaN發(fā)光二極管外延材料及制法，即在藍(lán)寶石或SiC襯底上用常規(guī)半導(dǎo)體器件沉積技術(shù)依次生長初始生長層、本征GaN緩沖層、n型GaN層、InGaN弛豫層、InGaN多量子結(jié)構(gòu)發(fā)光層、p型AlGaN夾層和p型GaN層；再用該外延材料制做單管芯白光發(fā)光二極管；本方法保留已有普通單色光發(fā)光二極管器件制做工藝，僅對(duì)生長氮化鎵基發(fā)光材料的生長過程進(jìn)行改進(jìn)，提高In組分達(dá)到形成In量子點(diǎn)，增加一個(gè)應(yīng)力釋放層，在不增加器件復(fù)雜性的前提下，從根本上降低了白光發(fā)光二極管成本，增加了光出射效率和利用效率，克服了熒光粉轉(zhuǎn)換而成的白光發(fā)光二極管的缺點(diǎn)，提高了白光發(fā)光二極管的整體性能。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101038947SQ20061006510
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者陳弘, 賈海強(qiáng), 郭麗偉, 周均銘, 王曉暉, 汪洋, 裴曉將 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院物理研究所