一种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用，其目的在于解决窄蓝光波长芯片激发黄光荧光粉封装白光LED的显色性不足的问题。该InGaN/GaN多量子阱宽蓝光波长LED外延结构从衬底开始，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，其特点是在于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，而GaN垒层厚度从n-GaN到p-GaN方向逐渐减小。并将这种宽蓝光波长芯片与黄光荧光粉封装成白光LED可以实现高显色性白光发射。
【专利说明】—种GaN基宽蓝光波长LED外延片及其应用
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]闻质量的白光LED技术研究对于LED进一步取代传统灯具而成为主流广品的如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40(T500 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】
[0004]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。
[0005]所述的InGaN/GaN多量子阱层中的量子阱的数量为4~6。
[0006]所述的InGaN讲层厚度，从η-GaN到ρ-GaN方向，由2 nm递增到3 nm,所述的GaN鱼层厚度，从n-GaN到ρ-GaN方向，由16 nm递减到4 nm。
[0007]所述的递增为等差递增，所述的递减为等差递减。
[0008]所述的InGaN阱层中In的摩尔量为Ga和In的总量的15?18%。[0009]所述的p-GaN层掺有受主Mg，所述的n_GaN层掺有施主Si。
[0010]所述的衬底为蓝宝石、硅、SiC或GaN中的一种。
[0011]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。。
[0012]所述的白光LED的发射峰值的范围在55(T590nm，所述黄光荧光粉为YAG:Ce+、硅酸盐、铝酸盐或氮化物中的一种。
[0013]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:
(I)采用AlGaInN系材料生长专用M0CVD，升温至1000~1100 1:烘烤衬底5~10分钟。
[0014](2)降温至480 V，在衬底上生长厚度为30 nm的GaN低温度缓冲层。
[0015](3)升温至1050 °C，生长厚度为2 μm的未掺杂GaN层。
[0016](4)在1000~1100 °C的温度下生长厚度2.0~4.0 μm的n-GaN层。
[0017](5)将温度降至600~800 °C，生长InGaN/GaN多量子阱活性层，周期数为4飞，InGaN讲层厚度从η-GaN到ρ-GaN方向由2 nm逐渐递增到3 nm,GaN鱼层厚度从η-GaN到p-GaN方向16 nm逐渐递减到4 nm, InGaN/GaN多量子讲活性层中In组分保持一致并为I5~18%。
[0018](6)在1000~1100 °C的温度下生长厚度10~20 nm的p-AlGaN电子阻挡层。
[0019](7)在1000~1100°C的温度下生长厚度200~300 nm厚的ρ-GaN层。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点是:减小GaN/p-AlGaN层间的界面极化效应，提高
了空穴的注入效率和更好地抑制了电子溢出，有源区的电子空穴浓度均匀性和发光效率都
得到改善。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，
与黄光荧光粉封装在一起能有效改善荧光转换白光LED的显色性。
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[0021]根据显色指数公式
【权利要求】
1.一种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多量子阱层由InGaN阱层和GaN垒层交替叠加而成，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的GaN基宽蓝光波长LED外延片，其特征在于，所述的InGaN/GaN多量子阱层中的量子阱的数量为4飞。
3.根据权利要求1所述的GaN基宽蓝光波长LED外延片，其特征在于，所述的InGaN讲层厚度，从n-GaN到ρ-GaN方向，由2 nm递增到3 nm,所述的GaN鱼层厚度,从η-GaN到P-GaN方向，由16 nm递减到4 nm。
4.根据权利要求3所述的GaN基宽蓝光波长LED外延片，其特征在于，所述的递增为等差递增，所述的递减为等差递减。
5.根据权利要求1所述的GaN基宽蓝光波长LED外延片，其特征在于，InGaN阱层中In的摩尔量为Ga和In的总量的15?18%。
6.根据权利要求1所述的GaN宽蓝光波长LED外延片，其特征在于，所述的p_GaN层掺有受主Mg，所述的n-GaN层掺有施主Si。
7.根据权利要求1所述的GaN基宽蓝光波长LED外延片，其特征在于，所述的衬底为蓝宝石、娃、SiC或GaN中的一种。
8.一种白光LED,其特征在于，由权利要求1所述的GaN基宽蓝光波长芯片与黄光突光粉结合封装而成。
9.根据权利要求8所述的白光LED，其特征在于，所述的白光LED的发射峰值的范围在55(T590nm，所述黄光荧光粉为YAG: Ce+、硅酸盐、铝酸盐或氮化物中的一种。
【文档编号】H01L33/06GK103515497SQ201310466986
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月9日 优先权日:2013年10月9日
【发明者】章勇, 肖汉章, 李正凯, 罗长得 申请人:华南师范大学