[发明专利]通过应力调节LED发光波长的方法及相应的白光LED

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明领域和金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术领域，尤其涉及单芯片发光二极管(LED)器件发光波长的调节方法，以及一种单芯片白光LED。

背景技术：

目前，国内乃至国际上实现白光LED的主流方法仍然是以下三种。其中之一是采用GaN基的蓝光、绿光和GaAs基红光LED构成三基色完备发光体系。把这三种颜色的LED按一定的比例封装在一起就可以得到用于照明用途的白光。这种方法封装的每一个芯片都需要独立的驱动电路，因此控制电路相对复杂，成本高。另外一种，也是最为常见的是GaN基蓝光LED利用荧光粉转换方法。这种方法是在高亮度GaN基蓝光LED的表面均匀涂抹荧光粉和透明树脂，LED辐射出峰值为470nm左右的蓝光，而部分蓝光激发荧光粉发出峰值为570nm左右的黄绿光，与另一部分透射出来的蓝光通过微透镜聚焦组成白光。这种方法由于荧光粉长时间处于LED光直射的高温状态引起性能退化，使白光LED的效率下降和光谱改变。类似于蓝光激发荧光粉的方法，有人提出了用GaN基紫外光LED辐射的紫外光去激发荧光粉得到白光的方法。这种方法存在的主要问题是由于低掺杂效率和低量子效率，高性能的紫外光LED是很难得到的，另外荧光粉以及抗紫外光退化的封装材料都有待深一步研究。

如中国专利说明书CN2681354Y，中国专利申请公开说明书CN1618925A等公开的方法，都属于利用上述三种途径制备白光LED的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过器件制备过程中的工艺手段调节LED芯片发光波长的方法，并通过此种方法获得单芯片多波长LED和单芯片多波长白光LED器件。

本发明调节LED发光波长的方法是，在器件的生长过程中，在缓冲层之上先生长第一n型欧姆接触层，再在其上沉积一层SiO₂薄膜作为掩膜，在掩膜上开出具有一定几何形状和尺寸的生长窗口，然后在生长窗口处继续生长第二n型欧姆接触层、有源层和p型欧姆接触层，从而使有源层发出的光的波长改变。

上述方法中，优选SiO₂薄膜的厚度为100-300nm，利用光刻和腐蚀的方法在SiO₂掩膜上开出具有如正方形、六边形和圆形等不同几何形状、尺寸的生长窗口。

不同形状和尺寸的生长窗口对二次外延器件内部应力的调节可以使同一种生长工艺条件下制备的器件发出不同波段的辐射光，例如：对于有源层为蓝光多量子阱(MQW)的GaN基LED器件，通过边长为1mm的正方形、边长为180μm的正六边形、直径为350μm的圆形和边长为350μm的正方形的生长窗口，分别可发出紫光、黄绿光、蓝紫光和蓝光。其中，第一和第二n型欧姆接触层均为厚度1000-2000nm的n型GaN；有源层为周期数为1～10的蓝光多量子阱，每个周期中阱的厚度为1nm～10nm，垒的厚度为5nm～20nm；p型欧姆接触层为厚度100nm～300nm的p型GaN。

基于上述通过应力调节LED发光波长的方法，本发明提出了一种单芯片白光LED，具体技术方案如下：

一种单芯片白光LED，包括第一n型欧姆接触层、SiO₂薄膜、第二n型欧姆接触层、有源层和p型欧姆接触层，所述SiO₂薄膜位于第一n型欧姆接触层上，以该SiO₂薄膜为掩膜，在掩膜上开有两种或两种以上的不同几何形状、尺寸和数量的生长窗口，第二n型欧姆接触层、有源层和p型欧姆接触层依次层叠于生长窗口处，经不同生长窗口的应力调节发出两种或两种以上不同波段的辐射光，通过预先设定不同生长窗口的几何形状、尺寸和数量，使这两种或两种以上的不同波段的光混合后得到白光。

以一种蓝光有源层的GaN基白光LED为例，其第一n型欧姆接触层为n型GaN，厚度1000-2000nm；SiO₂薄膜的厚度为100-300nm；将SiO₂薄膜分为两个区域，利用光刻和腐蚀的方法在不同区域上分别开出边长为1mm的正方形和边长为180μm的六边形的生长窗口，正方形和六边形生长窗口的数量比例为1∶4；第二n型欧姆接触层为n型GaN，厚度1000-2000nm；有源层为周期数为1～10的蓝光多量子阱(MQW)，每个周期中阱的厚度为1nm～10nm，垒的厚度为5nm～20nm；p型欧姆接触层为p型GaN，厚度100nm～300nm。上述结构的LED的不同区域受到不同形状生长窗口对二次外延器件内部应力的调节，发出紫色和黄绿色两种波段的辐射光，这两种光混合后得到白光。