始一层接另一层的表面而连续生长。在一些器件中，金属层作为最外层，但是金属层通常不能通过外延法进行沉积，反而是用不同的步骤，如蒸镀法、溅射法，使金属沉积。
[0046]以下所有实施例均以GaN材料体系制成，当然也可由其它许多独立或组合的材料系统来制造，如由II1-V族元素构成的InGaN、AlGaN, GaP、GaAs, AlInGaN或其它组合构成的合金体系。
[0047]实施例1:
[0048]本实施例的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构如图1所示，不加虚线，该单芯片多电极调控多波长发光二极管为正装结构，包括可由许多不同材料诸如蓝宝石、GaN、SiC、GaAs> S1、GaP、MgO、Zn0、MgA1204等材料构成的衬底I。蓝宝石是适合的材料，首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因为它具有与第III族元素氮化物(如GaN)匹配的近似晶格，以及导致较高质量的第III族元素氮化物膜。在本文的实施例中，衬底均采用蓝宝石衬底，当然也可以采用其它材料构成的衬底。
[0049]衬底I上为非掺杂的GaN层缓冲/成核层2。层2可减少在外延生长中的缺陷而远离衬底I的界面，缓冲/成核层的作用和详细资料一般是本领域公知的，因此不做过多讨论。
[0050]层缓冲/成核层2上为多个交替生长的ρ型GaN层3和η型GaN层4。每个ρ型GaN层3和η型GaN层4之间及η型欧姆接触层4和ρ型欧姆接触层3夹置有有源层5。层3或层4的用途在于用作LED有源层5的限制层和与金属电极连接的欧姆接触层。层3或层4可由许多不同的材料制成，如S1、C掺杂的η型GaN，Mg掺杂的GaN。层5是一具有量子阱结构的区域，用来发射不同波长的光。这些量子阱可以由II1-V族元素构成，如氮化铟镓(InxGayN)、氮化销镓(AlxGayN)销铟镓氮(AlxInyGazN)等，也可以由稀土离子惨杂GaNJn GaN:Eu3+、GaN:Er3+、GaN:Tm3+等。有源层5也可具有单量子阱或多量子阱结构。在操作中，来自层3的ρ型载流子与来自层4的η型载流子结合，以在有源层5中产生光。
[0051]通过刻蚀，在层3和层4上形成台面，在层3形成的台面上制作η型电极11，在层4形成的台面上制作ρ型电极12。
[0052]在该实施例中，η型GaN的厚度约为0.1-2 μ m，掺杂浓度约为1.0X 118CnT3-L OX 120CnT30 ρ 型 GaN 的厚度约为 0.1-2 μ m，掺杂浓度约为 1.0 X 11W3-L O X 11W30 有源层中量子阱的周期数约为1-20，每个周期量子阱的厚度约为0.l-10nm。若有源层采用InxGayN或AlxGayN,则x的范围约为0-0.9，x+y = I若有源层采用AlxInyGazN，则x的范围约为0-0.9，y的范围约为0-0.9,x+y+z = I。若采用若有源层采用稀土惨杂GaN，则掺杂浓度约为Lox11W3-Lox12W3O η电极材料为镍、银、铂、钯、金或ιτο，或镍、银、铂、钯、金、ITO中的几种材料的组合。P电极材料为T1、Al、Cr、ΙΤ0、Pd或Au，或T1、Al、Cr、ΙΤ0、Pd, Au中的几种材料的组合。
[0053]在该实施例中，每个有源层5可以由单独的一对电极11或12控制，也可以多电极协同控制，用来合成不同发光波长的光或者白光。
[0054]实施例2:
[0055]本实施例的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构如图1所示，加虚线，该单芯片多电极调控多波长发光二极管为倒装结构，其基本结构与实例I相同，实施例3的结构为在实例I的最上层，也就是距离衬底I最远的层3或层4上制作反射层6，形成倒装结构。层6的作用为反射有源层5发射出的光，以提高光提取效率。其可以由多种材料构成，如金属Ag。实施例2中有源层5发出的光一方面直接从衬底I出射，另一方面通过层6反射至层I再出射。
[0056]实施例3:
[0057]本实施例的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构如图2所示，该单芯片多电极调控多波长发光二极管为垂直结构，其基本结构与实例I相同，实施例3的结构为将实施例I的衬底I和缓冲/成核层2去掉，在ρ型欧姆接触层3或η型欧姆接触层4的背面制作P电极11或η电极12，形成垂直结构，该垂直结构的电极可以由多种材料构成，如金属Cu、Ag、T1、Al、N1、Au或它们组成的合金，C系材料如石墨、石墨稀或其它材料。该垂直结构的电极电极可以同时兼备导电性、导热性、柔性等其它特性。
[0058]以上所述的具体实施例，是对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，如上述实施例只列出仅三个有源层的情况，当然根据本发明也可以制成含有四个或四个以上有源层的器件。如上述实施例采用的材料为GaN体系，当然根据本发明也可以制成其它材料体系的器件。因此凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，包括: 一衬底； 一缓冲/成核层，其制作在衬底上； 多个交替生长的P型欧姆接触层和η型欧姆接触层，该多个交替生长的P型欧姆接触层和η型欧姆接触层制作在缓冲/成核层上，且每个P型欧姆接触层和η型欧姆接触层之间及η型欧姆接触层和P型欧姆接触层夹置有有源层，该有源层可以发射不同颜色的光，且每个P型欧姆接触层和η型欧姆接触层分别连接有P电极或η电极，形成正装结构。
2.如权利要求1所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，其中还包括在最上面的P型欧姆接触层或η型欧姆接触层上制作一反射层，形成倒装结构。
3.如权利要求1所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，其中还包括将所述衬底和缓冲/成核层去掉，在P型欧姆接触层或η型欧姆接触层的背面制作P电极或η电极，形成垂直结构。
4.如权利要求1所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，其中P型欧姆接触层和η型欧姆接触层之间的P电极和η电极为相互独立。
5.如权利要求1所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，其中该有源层发射的光为红光、绿光或蓝光，或及其组合光。
6.如权利要求1所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，其中所述有源层为量子阱结构，其材料为InGaN、AlGaN或AlInGaN，或及其组合，或稀土掺杂GaN的材料。
7.如权利要求3所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，其中所述的垂直结构的电极为柔性电极。
8.—种单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制备方法，包括如下步骤: 步骤1:取一蓝宝石衬底； 步骤2:在蓝宝石衬底上生长缓冲/成核层； 步骤3:在缓冲/成核层上生长多个交替叠加的P型欧姆接触层和η型欧姆接触层，其中每两个欧姆接触层之间夹置有有源层，形成外延片； 步骤4:在生长好的外延片的表面的两侧向下刻蚀，刻蚀深度分别到达P型欧姆接触层和η型欧姆接触层内，形成台面； 步骤5:在P型欧姆接触层上形成的台面上制作P电极，在η型欧姆接触层上形成的台面上制作η电极，形成正装结构，完成制作。
9.如权利要求8所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制备方法，其中还包括在最上面的P型欧姆接触层或η型欧姆接触层上制作一反射层，形成倒装结构。
10.如权利要求8所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制作方法，其中还包括将衬底和缓冲/成核层去掉，在P型欧姆接触层或η型欧姆接触层的背面制作P电极或η电极，形成垂直结构。
11.如权利要求8所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制作方法，中P型欧姆接触层和η型欧姆接触层之间的P电极和η电极为相互独立。
12.如权利要求8所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制作方法，其中所述有源层为量子阱结构，其材料为InGaN、AlGaN或Al InGaN，或及其组合，或稀土掺杂GaN的材料。
13.如权利要求8所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制作方法，其中该有源层发射的光为红光、绿光或蓝光，或及其组合光。
14.如权利要求10所述的单芯片多电极调控多波长发光二极管结构的制作方法，其中所述的垂直结构的电极为柔性电极。
【专利摘要】一种单芯片多电极调控多波长发光二极管结构，包括：一衬底；一缓冲/成核层，其制作在衬底上；多个交替生长的p型欧姆接触层和n型欧姆接触层，该多个交替生长的p型欧姆接触层和n型欧姆接触层制作在缓冲/成核层上，且每个p型欧姆接触层和n型欧姆接触层之间及n型欧姆接触层和p型欧姆接触层夹置有有源层，该有源层可以发射不同颜色的光，且每个p型欧姆接触层和n型欧姆接触层分别连接有p电极或n电极，形成正装结构。本发明具有工艺简单，驱动电路简单，无需荧光粉，寿命长，色域广，具有较高的光电转化效率，并且可采用柔性衬底，在白光照明、全色显示和光调控领域可以发挥重要作用。
【IPC分类】H01L27-15, H01L33-00
【公开号】CN104617122
【申请号】CN201510006038
【发明人】赵博, 李晋闽, 伊晓燕, 郭金霞, 马骏, 刘志强
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月7日