一种白光光源的制备方法与流程

本发明涉及白光光源的制备方法。

背景技术：

目前在半导体照明领域，白光光源一般由两种方式得到，一种是：采用发光二极管(蓝光、紫外)作为光源，在发光二极管上覆盖荧光粉材料。利用发光二极管辐射出来的光激发荧光粉，荧光粉产生的光与发光二极管的光进行混合，形成白光；另外一种是采用红、绿、蓝三色发光二极管直接混色形成白光。发光二极管形成的白光光源，虽然在发光效率、寿命以及维护等方面优于传统的照明光源(白炽灯、日光灯等)，但是发光二极管也存在在大电流工作条件下功率衰退的现象，发光效率对散热工程的依赖较大。激光激发白光效率高，较发光二极管节能50％以上。目前激光白光主要以蓝光或紫外光激光器激发红、黄光荧光粉合成白光，另外一种方式是红色、蓝色以及绿色激光器三色混合白光。目前激光激发白光光源显色指数较低，色温不可调，这对于进一步发展激光白光照明是个瓶颈。因此本发明采用蓝光或紫外光激光器，结合波长可调的特性，激发荧光粉制备激光白光光源，实现色温可调。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种波长可调的激光白光光源，实现白光色温以及显色指数可调的制备方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：

一种白光光源的制备方法，包括步骤如下：

a、制备激光器芯片：

a1、选取衬底，在衬底向上外延源区结构，源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层、下波导层、下非掺杂氮化镓层、多量子阱层；

a2、在多量子阱层表面溅射介质膜，掩膜光刻，利用干法刻蚀方法对多量子阱层进行刻蚀，使下非掺杂氮化镓层和多量子阱层形成台阶结构；

a3、在下非掺杂氮化镓层上掩膜光刻出光栅区窗口，在光栅区窗口利用激光全息曝光技术制备光栅区；

a4、在下非掺杂氮化镓层的光栅区上外延覆盖铟镓氮层；

a5、清洗多量子阱层表面的介质膜，在铟镓氮层上方依次外延上非掺杂氮化镓层、上波导层、p型氮化镓接触层；

a6、在衬底上方掩膜光刻出单脊条形结构，利用干法刻蚀法在单脊条形的上端形成高阻隔离区，高阻隔离区为凹槽结构；溅射介质膜，腐蚀掉高阻隔离区的介质膜，利用离子注入方法在高阻隔离区形成高阻；在单脊条形上端高阻隔离区的两侧开出p型电极窗口，在p型电极窗口上溅射p面电极；高阻隔离区一侧为p面电极的有源区电极，另一侧为p面电极的波长调谐区电极；

a7、从衬底上加工出激光器芯片；对激光器芯片底部，即n型氮化镓层底部溅射n面电极；沿着半导体晶体材料解理面对激光器芯片进行解理，制备出整个激光器芯片；

b、将制备好的激光器芯片利用金属共晶焊技术置于高散热的基板上，将基板固定在激光器管壳上；

c、将激光器发出的点光源通过光学仪器组件进行扩散至面光源，然后激发荧光粉形成白光，通过对注入到p面电极为波长调谐区电极进行改变，实现白光色温和显色指数的调整。

进一步，所述的步骤a1中的衬底为蓝宝石、碳化硅、硅其中一种。

进一步，采用蓝宝石作为衬底时，利用激光剥离技术把激光器芯片进行分离；采用n型碳化硅或硅作为衬底时，利用物理减薄工艺得到激光器芯片。

进一步，所述的步骤a6中的p面电极上端形成一个高阻隔离区；高阻隔离区一侧为p面电极为有源区电极，高阻隔离区另一侧为p面电极为波长调谐区电极。

进一步，所述的步骤a6中的p面电极上端形成两个高阻隔离区；两个高阻隔离区的中间为有源区电极，两个高阻隔离区的外侧为波长调谐区电极。

进一步，所述有源区电极长度300～1000μm，波长调谐区电极的长度100～250μm，高阻隔离区长度30～50μm；单脊条形宽度5μm。

进一步，所述的介质膜为二氧化硅或氮化硅。

进一步，所述的步骤b基板由铝或铜金属材料制成。

进一步，所述步骤a4中的铟镓氮层的厚度30～80nm，禁带宽度大于多量子阱层的禁带宽度。

进一步，所述步骤a3光栅区窗口长度为100～300μm。

本发明的有益效果

1、本发明的制备方法集成有源区电极和波长调谐区电极，可将p面电极分2个区域，一个电极区域提供有源区足够的增益，一个电极区域提供波长的连续可调，利用激射波长的连续可调，可以调节激射波长，使得激发荧光粉的光谱效率发生偏移，从而调节白光光源的色温以及显色指数，同时增加了波导耦合系数，提高了器件的性能和成品率。激光器与荧光粉通过光学器件形成非成像光学系统，激发荧光粉形成白光。

2、激光器与固化荧光粉非直接接触，避免激光束能量集中导致的荧光粉受热。

3、半导体激光器的响应速度快，可以快速调节到所需的色温以及显色指数。

附图说明

图1为本发明步骤a1的结构示意图。

图2为本发明步骤a2的结构示意图。

图3为本发明步骤a3的结构示意图。

图4为本发明步骤a4的结构示意图。

图5为本发明步骤a5的结构示意图。

图6为本发明步骤a6的结构示意图。

图7为本发明步骤c的结构示意图。

图8为本发明p面电极实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步详细说明。

实施例1

一种白光光源的制备方法，如图1至7所示，包括步骤如下：a、制备激光器芯片：a1、选取衬底1，衬底为蓝宝石，在衬底1向上外延源区结构，源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层2、下波导层3、下非掺杂氮化镓层4、多量子阱层5；a2、在多量子阱层5表面溅射介质膜6，介质膜6为二氧化硅或氮化硅，掩膜光刻，利用干法刻蚀方法对多量子阱层5进行刻蚀，使下非掺杂氮化镓层4和多量子阱层5形成台阶结构；a3、在下非掺杂氮化镓层4上掩膜光刻出光栅区窗口，光栅区窗口长度为100～300μm，在光栅区窗口利用激光全息曝光技术制备光栅区7；a4、在下非掺杂氮化镓层4的光栅区7上外延覆盖铟镓氮层8；铟镓氮层8的厚度30～80nm，禁带宽度大于多量子阱层5的禁带宽度；a5、清洗多量子阱层5表面的介质膜6，在铟镓氮层8上方依次外延上非掺杂氮化镓层9、上波导层10、p型氮化镓接触层11；a6、在衬底1上方掩膜光刻出单脊条形结构，利用干法刻蚀法在单脊条形的上端形成高阻隔离区12，高阻隔离区12为凹槽结构；溅射介质膜13，腐蚀掉高阻隔离区12的介质膜13，利用离子注入方法在高阻隔离区12形成高阻；在单脊条形上端高阻隔离区12的两侧开出p型电极窗口，在p型电极窗口上溅射p面电极；高阻隔离区12一侧为p面电极的有源区电极14，另一侧为p面电极的波长调谐区电极15；本实施例p面电极上端形成一个高阻隔离区12；高阻隔离区12一侧为p面电极为有源区电极14，高阻隔离区12另一侧为p面电极为波长调谐区电极15；有源区电极14长度300～1000μm，波长调谐区电极15的长度100～250μm，高阻隔离区12长度30～50μm；单脊条形宽度5μm；a7、从衬底1上加工出激光器芯片，具体可利用激光剥离技术把激光器芯片进行分离；对激光器芯片底部，即n型氮化镓层2底部溅射n面电极16；沿着半导体晶体材料解理面对激光器芯片进行解理，制备出整个激光器芯片；b、将制备好的激光器芯片利用金属共晶焊技术置于高散热的基板17上，基板17由铝或铜金属材料制成，将基板17固定在激光器管壳上；c、将激光器发出的点光源通过光学仪器组件18进行扩散至面光源，然后激发荧光粉19形成白光，通过对注入到p面电极为波长调谐区电极15进行改变，实现白光色温和显色指数的调整。本发明的激光器为半导体激光器，为蓝光或者紫外激光器。

实施例2

一种白光光源的制备方法，如图1至7所示，包括步骤如下：a、制备激光器芯片：a1、选取衬底1，衬底1为n型碳化硅或硅，在衬底1向上外延源区结构，源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层2、下波导层3、下非掺杂氮化镓层4、多量子阱层5；a2、在多量子阱层5表面溅射介质膜6，介质膜6为二氧化硅或氮化硅，掩膜光刻，利用干法刻蚀方法对多量子阱层5进行刻蚀，使下非掺杂氮化镓层4和多量子阱层5形成台阶结构；a3、在下非掺杂氮化镓层4上掩膜光刻出光栅区窗口，光栅区窗口长度为100～300μm，在光栅区窗口利用激光全息曝光技术制备光栅区7；a4、在下非掺杂氮化镓层4的光栅区7上外延覆盖铟镓氮层8；铟镓氮层8的厚度30～80nm，禁带宽度大于多量子阱层5的禁带宽度；a5、清洗多量子阱层5表面的介质膜，在铟镓氮层8上方依次外延上非掺杂氮化镓层9、上波导层10、p型氮化镓接触层11；a6、在衬底1上方掩膜光刻出单脊条形结构，利用干法刻蚀法在单脊条形的上端形成高阻隔离区，高阻隔离区为凹槽结构；溅射介质膜，腐蚀掉高阻隔离区12的介质膜，利用离子注入方法在高阻隔离区12形成高阻；在单脊条形上端高阻隔离区12的两侧开出p型电极窗口，在p型电极窗口上溅射p面电极；高阻隔离区一侧为p面电极的有源区电极14，另一侧为p面电极的波长调谐区电极15；本实施例p面电极上端形成一个高阻隔离区12；高阻隔离区12一侧为p面电极为有源区电极14，高阻隔离区另一侧为p面电极为波长调谐区电极15；有源区电极14长度300～1000μm，波长调谐区电极15的长度100～250μm，高阻隔离区12长度30～50μm；单脊条形宽度5μm；a7、从衬底1上加工出激光器芯片，具体可利用物理减薄工艺得到激光器芯片；对激光器芯片底部，即n型氮化镓层2底部溅射n面电极16；沿着半导体晶体材料解理面对激光器芯片进行解理，制备出整个激光器芯片；b、将制备好的激光器芯片利用金属共晶焊技术置于高散热的基板17上，基板17由铝或铜金属材料制成，将基板17固定在激光器管壳上；c、将激光器发出的点光源通过光学仪器组件18进行扩散至面光源，然后激发荧光粉19形成白光，通过对注入到p面电极为波长调谐区电极15进行改变，实现白光色温和显色指数的调整。本发明的激光器为半导体激光器，为蓝光或者紫外激光器。

实施例3

一种白光光源的制备方法，如图1至8所示，包括步骤如下：a、制备激光器芯片：a1、选取衬底1，衬底1为n型碳化硅或硅，在衬底1向上外延源区结构，源区结构从下而上依次设置n型氮化镓层2、下波导层3、下非掺杂氮化镓层4、多量子阱层5；a2、在多量子阱层5表面溅射介质膜6，介质膜6为二氧化硅或氮化硅，掩膜光刻，利用干法刻蚀方法对多量子阱层5进行刻蚀，使下非掺杂氮化镓层4和多量子阱层5形成台阶结构；a3、在下非掺杂氮化镓层4上掩膜光刻出光栅区窗口，光栅区窗口长度为100～300μm，在光栅区窗口利用激光全息曝光技术制备光栅区7；a4、在下非掺杂氮化镓层4的光栅区7上外延覆盖铟镓氮层8；铟镓氮层8的厚度30～80nm，禁带宽度大于多量子阱层5的禁带宽度；a5、清洗多量子阱层5表面的介质膜，在铟镓氮层8上方依次外延上非掺杂氮化镓层9、上波导层10、p型氮化镓接触层11；a6、在衬底1上方掩膜光刻出单脊条形结构，利用干法刻蚀法在单脊条形的上端形成高阻隔离区12，高阻隔离区12为凹槽结构；溅射介质膜13，腐蚀掉高阻隔离区12的介质膜13，利用离子注入方法在高阻隔离区12形成高阻；在单脊条形上端高阻隔离区12的两侧开出p型电极窗口，在p型电极窗口上溅射p面电极；高阻隔离区12一侧为p面电极的有源区电极14，另一侧为p面电极的波长调谐区电极15；如图8所示，本实施例p面电极上端形成两个高阻隔离区12；两个高阻隔离区12的中间为有源区电极14，两个高阻隔离区的外侧为波长调谐区电极15；有源区电极14长度300～1000μm，波长调谐区电极15的长度100～250μm，高阻隔离区12长度30～50μm；单脊条形宽度5μm；a7、从衬底1上加工出激光器芯片，具体可利用物理减薄工艺得到激光器芯片；对激光器芯片底部，即n型氮化镓层2底部溅射n面电极16；沿着半导体晶体材料解理面对激光器芯片进行解理，制备出整个激光器芯片；b、将制备好的激光器芯片利用金属共晶焊技术置于高散热的基板17上，基板17由铝或铜金属材料制成，将基板17固定在激光器管壳上；c、将激光器发出的点光源通过光学仪器组件18进行扩散至面光源，然后激发荧光粉19形成白光，通过对注入到p面电极为波长调谐区电极15进行改变，实现白光色温和显色指数的调整。本发明的激光器为半导体激光器，为蓝光或者紫外激光器。

本发明的制备方法集成有源区电极和波长调谐区电极，可将p面电极分2个区域，一个电极区域提供有源区足够的增益，一个电极区域提供波长的连续可调，利用激射波长的连续可调，可以调节激射波长，使得激发荧光粉的光谱效率发生偏移，从而调节白光光源的色温以及显色指数，同时增加了波导耦合系数，提高了器件的性能和成品率。激光器与荧光粉通过光学器件形成非成像光学系统，激发荧光粉形成白光。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。