[发明专利]一种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及LED领域，更具体地，涉及一种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用。

背景技术

 LED照明是未来照明领域的发展趋势，白光LED技术的发展则引领着LED照明走向未来。LED照明在对比传统的照明灯具时，具有体积小、发光效率高、发热量小、节能和长寿命等优势，然而，白光LED照明技术则仍然存在着不少问题，如显色性偏低等。 

    高质量的白光LED技术研究对于LED进一步取代传统灯具而成为主流产品的前进道路上显得尤为重要。现阶段，高显色性的白光LED方案主要有利用RGB三色芯片混合封装在一起形成白光LED、GaN基蓝光芯片加上RG荧光粉混合而成的白光LED、GaN基蓝光芯片加上YAG荧光粉和红光芯片补偿而成白光LED。这几种方案中，显色性都得到极大提高，但是，存在驱动复杂、混色不均、成本较高和红光荧光粉寿命短等问题。此外，无荧光粉的单芯片白光LED已有报道，主要是在同一个蓝宝石衬底上依次生长两种或三种InGaN/GaN多量子阱结构的LED，调节In组分来实现从蓝光到黄光的发射从而合成白光。但是，对于GaN基发光器件其发光效率一般在400~500 nm范围内的效率较高，随着发射波长向长波长方向增加，GaN基LED的发光效率逐渐减小，主要是因为高In组分的InGaN薄膜生长极其困难。当前蓝光加YAG:Ce黄光荧光粉的封装方案占据白光LED市场的主要份额。对于蓝光芯片加YAG:Ce荧光粉封装的白光LED，在高色温时具有高的显色指数，随低色温的减小，其显色性逐渐减小，当色温低于5500K时，显色一般低于70。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GaN基宽蓝光波长LED外延片，从衬底开始，依次为GaN缓冲层、GaN本征层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、p-AlGaN层和p-GaN层，所述的InGaN/GaN多量子阱活性层的InGaN阱层的厚度从n-GaN到p-GaN方向逐渐增大，所述的InGaN/GaN多量子阱活性层的GaN垒层厚度从n-GaN到p-GaN方向逐渐减小。靠近p-GaN侧GaN垒层厚度减小可以改善空穴注入，特别是与p-AlGaN电子阻挡层相邻的GaN垒层厚度减小能减弱GaN/p-AlGaN间的极化效应，最终可以减小电子的溢流而提高电子与空穴的复合几率。另一方面，靠近p-GaN侧厚的InGaN阱层可以增大量子阱内激子的寿命，从而增大空穴通过活性层到达n-GaN侧量子阱的几率来进一步改善电子与空穴在活性层的分布均匀，此外，不同阱层厚度可以实现发射峰的变化最终实现GaN基芯片的宽蓝光波长发射。

    所述的InGaN/GaN多量子阱层中的量子阱的数量为4~6。

    所述的InGaN阱层厚度，从n-GaN到p-GaN方向，由2 nm递增到3 nm，所述的GaN垒层厚度，从n-GaN到p-GaN方向，由16 nm递减到4 nm。

    所述的递增为等差递增，所述的递减为等差递减。

所述的InGaN阱层中In的摩尔量为Ga和In的总量的15~18%。

    所述的p-GaN层掺有受主Mg，所述的n-GaN层掺有施主Si。

    所述的衬底为蓝宝石、硅、SiC或GaN中的一种。

    更进一步，本发明提供一种白光LED，由GaN基宽蓝光波长芯片与黄光荧光粉结合封装而成，所述的GaN基宽蓝光波长芯片包含上述的GaN基宽蓝光波长LED外延片。。

    所述的白光LED的发射峰值的范围在550~590nm，所述黄光荧光粉为YAG:Ce⁺、硅酸盐、铝酸盐或氮化物中的一种。

该GaN基宽蓝光波长LED外延片的制备方法是通过MOCVD技术实现，包括下列步骤：

（1）采用AlGaInN系材料生长专用MOCVD，升温至1000～1100 ℃烘烤衬底5～10分钟。

（2）降温至480 ℃，在衬底上生长厚度为30 nm的GaN低温度缓冲层。

（3）升温至1050 ℃，生长厚度为2 μm的未掺杂GaN层。

（4）在1000～1100 ℃的温度下生长厚度2.0～4.0 μm的n-GaN层。

（5）将温度降至600～800 ℃，生长InGaN/GaN多量子阱活性层，周期数为4~6，InGaN阱层厚度从n-GaN到p-GaN方向由2 nm逐渐递增到3 nm，GaN垒层厚度从n-GaN到p-GaN方向16 nm逐渐递减到4 nm，InGaN/GaN多量子阱活性层中In组分保持一致并为15~18%。