本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有變色功能的GaN基LED的結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)以其節(jié)能環(huán)保、可靠性高等顯著特點(diǎn)得到人們廣泛的關(guān)注和研究。在能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益加重的今天，眾多國(guó)家和地區(qū)將LED照明技術(shù)列為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)過近十年的研究和努力，LED外延生長(zhǎng)技術(shù)、LED芯片制造技術(shù)以及LED封裝技術(shù)均得到長(zhǎng)足進(jìn)步，使得LED被廣泛用于顯示屏、指示燈、景觀照明、戶外照明、汽車燈等很多領(lǐng)域，并在逐步向室內(nèi)照明滲透。令人遺憾的是，目前LED的顯色指數(shù)不夠高，難以滿足人眼的需求，這成為限制LED進(jìn)入室內(nèi)照明領(lǐng)域的主要因素之一。而只有真正的進(jìn)入傳統(tǒng)的用電量巨大的室內(nèi)照明領(lǐng)域，LED才能真正發(fā)揮其節(jié)能環(huán)保的重要價(jià)值。
目前，照明用白光LED通常采用“藍(lán)光LED+熒光粉”的方式制成，這種形式的白光LED存在以下缺點(diǎn)：1、顯色指數(shù)不夠高；2、熒光粉有限的轉(zhuǎn)換效率損失了部分LED的發(fā)光效率。為此，人們提出了采用配光的方式制作白光LED，即將“紅+綠+藍(lán)”三基色LED芯片封裝在一起制成白光LED。這種白光LED具有較好的顯色指數(shù)，且有望獲得比“藍(lán)光LED+熒光粉”式白光LED更高的發(fā)光效率，但是在封裝應(yīng)用上比較復(fù)雜，不同芯片發(fā)射出的不同顏色的光如何在空間上分布均勻是一項(xiàng)難題，如果直接在LED結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)發(fā)射，將大幅降低芯片封裝的難度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種具有變色功能的GaN基LED的結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)方法，這種LED可發(fā)射包含白光在內(nèi)的多種顏色的光，光的顏色可輕松變換，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的照明效果。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種具有變色功能的GaN基LED的調(diào)節(jié)方法，通過調(diào)節(jié)所述具有變色功能的GaN基LED的輸入電流的大小，可獲得不同顏色的光。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種具有變色功能的GaN基LED的結(jié)構(gòu)，包括襯底，在襯底上設(shè)有緩沖層，在緩沖層上設(shè)有n型層、量子阱層和p型層，其特征在于：在所述n型層內(nèi)設(shè)有一摻雜C(碳)元素的GaN黃帶發(fā)光層，厚度為2-20μm，C元素?fù)诫s濃度為1×1019-1×1021cm-3。
襯底為硅襯底(Si)、藍(lán)寶石襯底(Al2O3)、碳化硅襯底(SiC)或氮化鎵襯底(GaN)等單晶材料中的一種。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種具有變色功能的GaN基LED的調(diào)節(jié)方法，特征是：通過調(diào)節(jié)所述具有變色功能的GaN基LED的輸入電流的大小，來調(diào)制GaN黃帶發(fā)光層發(fā)射的黃光和量子阱層發(fā)射的藍(lán)光的配比，從而可獲得不同顏色的光。
本發(fā)明在給具有變色功能的GaN基LED通電時(shí)，量子阱層發(fā)射藍(lán)光，量子阱層所發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)GaN黃帶發(fā)光層發(fā)射黃光，藍(lán)光和黃光共同構(gòu)成了具有變色功能的GaN基LED的光譜。同時(shí)，上述藍(lán)光成分和黃光成分的在整個(gè)光譜中所占的比例隨著電流密度的變化而變化，也就是說，光的顏色會(huì)隨著電流密度的變化而變化，故稱為具有變色功能的GaN基LED。
通過變化輸入電流大小，使得所述具有變色功能的GaN基LED可發(fā)射黃光、白光以及藍(lán)光。
本發(fā)明是在常規(guī)GaN基LED的基礎(chǔ)上在n型層內(nèi)設(shè)有一摻雜C元素的GaN黃帶發(fā)光層，厚度為2─20μm，C元素?fù)诫s濃度為1×1019─1×1021cm-3，這種LED可發(fā)射包含白光在內(nèi)的多種顏色的光，并通過調(diào)節(jié)輸入電流的大小，來調(diào)制GaN黃帶發(fā)光層發(fā)射的黃光和量子阱層發(fā)射的藍(lán)光的配比，從而可獲得不同顏色的光，實(shí)現(xiàn)光的顏色的輕松變換，并易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的照明效果。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中：01—襯底，02—緩沖層，03—n型層，031—GaN黃帶發(fā)光層，04—量子阱層，05—p型層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，一種具有變色功能的GaN基LED的結(jié)構(gòu)，包括襯底01，在襯底01上設(shè)有緩沖層02，在緩沖層02上設(shè)有n型層03、量子阱層04和p型層05，在所述n型層03內(nèi)設(shè)有一摻雜C元素的GaN黃帶發(fā)光層031，C元素?fù)诫s濃度為1×1019─1×1021cm-3，厚度為2-20μm。
在通電時(shí)，量子阱層04發(fā)射藍(lán)光，同時(shí)量子阱層04發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)GaN黃帶發(fā)光層031發(fā)射黃光，藍(lán)光和黃光共同構(gòu)成了具有變色功能的GaN基LED的光譜；藍(lán)光成分和黃光成分的在整個(gè)光譜中所占的比例隨著電流密度的變化而變化。在電流密度較小時(shí)，量子阱層04所發(fā)射的藍(lán)光主要用于激發(fā)GaN黃帶發(fā)光層031發(fā)射黃光，在整個(gè)光譜中GaN黃帶發(fā)光層031所發(fā)黃光起主導(dǎo)作用，具有變色功能的GaN基LED發(fā)射的光顯示為黃光。隨著電流密度的增大，量子阱層04發(fā)射的藍(lán)光在整個(gè)光譜中的比例逐漸增大，整個(gè)光譜的由強(qiáng)度相當(dāng)?shù)乃{(lán)光和黃光組成，在一定的電流密度范圍內(nèi)，具有變色功能的GaN基LED可發(fā)射白光，并且色溫可調(diào)，相對(duì)于采用“藍(lán)光LED+熒光粉”方法獲得的白光。當(dāng)電流密度繼續(xù)增大時(shí)，量子阱層04發(fā)射的藍(lán)色在整個(gè)光譜中完全占據(jù)主導(dǎo)地位，掩蓋了GaN黃帶發(fā)光層031發(fā)射的黃光，具有變色功能的GaN基LED發(fā)出的光顯示為藍(lán)光。
對(duì)于本發(fā)明所述的具有變色功能的GaN基LED，可通過調(diào)節(jié)GaN基LED的輸入電流的大小，來調(diào)制GaN黃帶發(fā)光層031發(fā)射的黃光與量子阱層04發(fā)射的藍(lán)光的配比，從而可獲得不同顏色的光。