一种多光谱发光二极管结构的制作方法

本发明涉及半导体照明技术领域，尤其是涉及一种多光谱发光二极管结构。

背景技术：

发光二极管（led）以其节能环保、可靠性高等显著特点得到人们广泛的关注和研究。在能源危机和环境危机日益加重的今天，众多国家和地区将led照明技术列为国家发展战略。经过二十多年的研究和努力，led外延生长技术、led芯片制造技术以及led封装技术均得到长足进步，使得led被广泛用于显示屏、指示灯、景观照明、汽车灯、通用照明等很多领域。

目前，照明用白光led通常采用“蓝光led+荧光粉”的方式制成，这种形式的白光led存在以下缺点：1、显色指数、色温和发光效率之间难以协调；2、荧光粉有限的转换效率损失了部分led的发光效率。为此，人们提出了采用多色led合成白光的技术方案，如将“红+黄+绿+青+蓝”五基色led芯片封装在一起制成白光led。这种白光led将可望获得低色温、高显色指数、高光效的白光光源。如果直接将五种颜色的led芯片进行封装获得前述五基色白光，则在灯具封装的过程中使用芯片数量多，一来对灯珠电路、光学设计带来困难，其次光在空间的混合均匀性也较难调节。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多光谱发光二极管结构，它能在单芯片内直接出射多光谱（两种或者三种波长的光），从而使五基色白光封装所用芯片颗粒数大幅下降，对灯珠的电路设计、光学设计以及混光提供了很大的设计窗口。

本发明的目的是这样实现的：

一种多光谱发光二极管结构，包含：衬底；层叠于所述衬底上的半导体叠层，该半导体叠层至少包含一层n型半导体层、一层p型半导体层和一层夹于n型半导体层、p型半导体层之间的多光谱发光多量子阱层；特征是：所述多光谱发光多量子阱层由量子阱禁带宽度不同的两组或三组层叠排列的多量子阱发光单元组成，两组层叠排列的多量子阱发光单元能同时出射两种波长的光，三组层叠排列的多量子阱发光单元能同时出射三种波长的光，任意两种波长的光之间的波长差为λ，其中:100nm≥λ≥10nm；所述多量子阱发光单元是由量子阱层和量子垒层组成的周期结构，周期数为k，其中:10≥k≥1；所述多量子阱发光单元的发光波长由多量子阱发光单元的量子阱禁带宽度决定，发光波长范围为380nm─700nm。

发光光谱通过改变所述多量子阱发光单元的量子阱禁带宽带、量子阱层和量子垒层周期结构的周期数、量子阱层厚度、量子垒层厚度进行调节。

所述半导体叠层是铟镓铝氮（inxgayal1-x-yn，0≤x≤1，0≤y≤1）或铟镓铝磷（inxgayal1-x-yp，0≤x≤1，0≤y≤1）发光材料中的一种。

所述衬底为硅(si)、蓝宝石(al2o3)、碳化硅(sic)、砷化镓（gaas）、氮化铝（aln）、磷化镓（gap）、氧化锌（zno）以及氮化镓(gan)中的一种。

本发明所提供的多光谱发光二极管结构的特点在于可直接出射在380nm─700nm波长范围内且最大、最小波长差小于100nm的多光谱发光（两种或者三种波长的光），从而使五基色白光封装所用芯片颗粒数大幅下降，对灯珠的电路设计、光学设计以及混光提供了很大的设计窗口，例如使用单芯片发“绿+青+蓝”光的led与单芯片发“红+黄”光的led这两种芯片组合便可实现五基色白光；同时，本发明所提供的多光谱发光二极管结构，其光谱灵活多变，可满足不同色温、显色指数白光的需求，例如对单芯片发“绿+青+蓝”光的led结构，可以通过调节绿光、青光、蓝光三种多量子阱发光单元的禁带宽度、量子阱厚度、量子垒厚度、量子阱垒周期数以及绿青蓝三色多量子阱发光单元的排列顺序，从而实现绿青蓝三色光光谱相对强度的调节。

因此，本发明具有能在单芯片内直接出射多光谱（两种或者三种波长的光）、使五基色白光封装所用芯片颗粒数大幅下降、光谱灵活多变、对灯珠的电路设计、光学设计以及混光提供了很大的设计窗口等优点。

附图说明

图1为本发明的剖面图；

图2实施例1中多光谱发光二极管结构的发光光谱示意图；

图3实施例2中多光谱发光二极管结构的发光光谱示意图；

其中，100—衬底，200—n型半导体层，300—多光谱发光多量子阱层，310—多量子阱发光单元，320—多量子阱发光单元，330—多量子阱发光单元,311—量子阱层，321—量子阱层，331—量子阱层，312—量子垒层，322—量子垒层，332—量子垒层，400—p型半导体层，500—半导体叠层。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

衬底100采用硅（si）衬底，半导体叠层500采用inxgayal1-x-yn材料体系，n型半导体层200为掺si浓度2×10¹⁸─5×10¹⁸cm^-3gan；p半导体层400为掺mg浓度1×10²⁰cm^-3的gan；多光谱发光多量子阱层300由三组多量子阱发光单元310、320和330从下向上依次层叠排列组成，其中多量子阱发光单元310由5个周期的量子阱311和量子垒312组成，量子阱311发光波长为450-460nm的蓝光，多量子阱发光单元320由2个周期的量子阱321和量子垒322组成，量子阱321发光波长为480-490nm的青光，多量子阱发光单元330由1个周期的量子阱331和量子垒332组成，量子阱331发光波长为520-530nm的绿光；本实施例中的多光谱发光二极管结构的发光光谱为绿、青、蓝三色光合成的光谱，其光谱可调节为如图2所示的光谱，同时不仅限于图2中的光谱。

实施例2：

衬底100采用砷化镓（gaas）衬底，半导体叠层500采用inxgayal1-x-yp材料体系；n型半导体层200为n型铟镓铝磷（alxgayin1-x-yp，1≥x≥0，1≥y≥0）；p半导体层400为p型铟镓铝磷（alxgayin1-x-yp，1≥x≥0，1≥y≥0）；多光谱发光多量子阱层300由两组多量子阱发光单元310和320依次层叠排列组成，其中多量子阱发光单元310由5个周期的量子阱311和量子垒312组成，量子阱311发光波长为590-600nm的橙光，多量子阱发光单元320由2个周期的量子阱321和量子垒322组成，量子阱321发光波长为620-630nm的红光；本实施例中的多光谱发光二极管结构的发光光谱为红橙两色光合成的光谱，其光谱可调节为如图3所示的光谱，同时不仅限于图3中的光谱。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种多光谱发光二极管结构，包含：衬底和半导体叠层，该半导体叠层至少包含一层n型半导体层、一层p型半导体层和多光谱发光多量子阱层；特征是：所述多光谱发光多量子阱层由量子阱禁带宽度不同的两组或三组层叠排列的多量子阱发光单元组成，可以同时出射两种或三种波长的光，任意两种波长的光之间的波长差为λ，其中100nm≥λ≥10nm；所述多量子阱发光单元是由量子阱层和量子垒层组成的周期结构，周期数为k；所述多量子阱发光单元的发光波长由其量子阱禁带宽度决定，发光波长范围为380nm─700nm。本发明能在单芯片内直接出射多光谱，可使五基色白光封装所用芯片颗粒数大幅下降，对灯珠的电路设计、光学设计以及混光提供了很大的设计窗口。

技术研发人员：刘军林;江风益;莫春兰;张建立;王小兰;吴小明;高江东
受保护的技术使用者：南昌大学;南昌黄绿照明有限公司
技术研发日：2017.04.27
技术公布日：2017.09.15