CN106784190B - 一种具有变色功能的GaN基LED的结构及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有变色功能的GaN基LED的结构及其调节方法，该GaN基LED的结构包括衬底，在衬底上依次设有缓冲层、n型层、量子阱层和p型层，在n型层内设有一掺杂C元素的GaN黄带发光层，厚度为2─20μm，C元素掺杂浓度为1×1019─1×1021cm‑3；量子阱层通电时发射蓝光，量子阱层所发射的蓝光激发GaN黄带发光层发射黄光，蓝光和黄光可混合成不同颜色的光。通过调节输入电流的大小，来调制量子阱层发射的蓝光与GaN黄带发光层发射的黄光的配比，从而可获得不同颜色的光，包括黄光、白光和蓝光。这种LED可发射包含白光在内的多种颜色的光，光的颜色可轻松变换，易于实现复杂的照明效果，或用于光通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术领域，尤其是涉及一种具有变色功能的GaN基LED的结构及其调节方法。
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。经过近十年的研究和努力，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、户外照明、汽车灯等很多领域，并在逐步向室内照明渗透。令人遗憾的是，目前LED的显色指数不够高，难以满足人眼的需求，这成为限制LED进入室内照明领域的主要因素之一。而只有真正的进入传统的用电量巨大的室内照明领域，LED才能真正发挥其节能环保的重要价值。
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、显色指数不够高；2、荧光粉有限的转换效率损失了部分LED的发光效率。为此，人们提出了采用配光的方式制作白光LED，即将“红+绿+蓝”三基色LED芯片封装在一起制成白光LED。这种白光LED具有较好的显色指数，且有望获得比“蓝光LED+荧光粉”式白光LED更高的发光效率，但是在封装应用上比较复杂，不同芯片发射出的不同颜色的光如何在空间上分布均匀是一项难题，如果直接在LED结构内实现多波长发射，将大幅降低芯片封装的难度。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种具有变色功能的GaN基LED的结构及其调节方法，这种LED可发射包含白光在内的多种颜色的光，光的颜色可轻松变换，易于实现复杂的照明效果。
本发明的第二个目的在于提供一种具有变色功能的GaN基LED的调节方法，通过调节所述具有变色功能的GaN基LED的输入电流的大小，可获得不同颜色的光。
本发明的第一个目的是这样实现的：
一种具有变色功能的GaN基LED的结构，包括衬底，在衬底上设有缓冲层，在缓冲层上设有n型层、量子阱层和p型层，其特征在于：在所述n型层内设有一掺杂C(碳)元素的GaN黄带发光层，厚度为2-20μm，C元素掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3。
衬底为硅衬底(Si)、蓝宝石衬底(Al2O3)、碳化硅衬底(SiC)或氮化镓衬底(GaN)等单晶材料中的一种。
本发明的第二个目的是这样实现的：
一种具有变色功能的GaN基LED的调节方法，特征是：通过调节所述具有变色功能的GaN基LED的输入电流的大小，来调制GaN黄带发光层发射的黄光和量子阱层发射的蓝光的配比，从而可获得不同颜色的光。
本发明在给具有变色功能的GaN基LED通电时，量子阱层发射蓝光，量子阱层所发射的蓝光激发GaN黄带发光层发射黄光，蓝光和黄光共同构成了具有变色功能的GaN基LED的光谱。同时，上述蓝光成分和黄光成分的在整个光谱中所占的比例随着电流密度的变化而变化，也就是说，光的颜色会随着电流密度的变化而变化，故称为具有变色功能的GaN基LED。
通过变化输入电流大小，使得所述具有变色功能的GaN基LED可发射黄光、白光以及蓝光。
本发明是在常规GaN基LED的基础上在n型层内设有一掺杂C元素的GaN黄带发光层，厚度为2─20μm，C元素掺杂浓度为1×1019─1×1021cm-3，这种LED可发射包含白光在内的多种颜色的光，并通过调节输入电流的大小，来调制GaN黄带发光层发射的黄光和量子阱层发射的蓝光的配比，从而可获得不同颜色的光，实现光的颜色的轻松变换，并易于实现复杂的照明效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：01—衬底，02—缓冲层，03—n型层，031—GaN黄带发光层，04—量子阱层，05—p型层。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图1对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种具有变色功能的GaN基LED的结构，包括衬底01，在衬底01上设有缓冲层02，在缓冲层02上设有n型层03、量子阱层04和p型层05，在所述n型层03内设有一掺杂C元素的GaN黄带发光层031，C元素掺杂浓度为1×1019─1×1021cm-3，厚度为2-20μm。
在通电时，量子阱层04发射蓝光，同时量子阱层04发射的蓝光激发GaN黄带发光层031发射黄光，蓝光和黄光共同构成了具有变色功能的GaN基LED的光谱；蓝光成分和黄光成分的在整个光谱中所占的比例随着电流密度的变化而变化。在电流密度较小时，量子阱层04所发射的蓝光主要用于激发GaN黄带发光层031发射黄光，在整个光谱中GaN黄带发光层031所发黄光起主导作用，具有变色功能的GaN基LED发射的光显示为黄光。随着电流密度的增大，量子阱层04发射的蓝光在整个光谱中的比例逐渐增大，整个光谱的由强度相当的蓝光和黄光组成，在一定的电流密度范围内，具有变色功能的GaN基LED可发射白光，并且色温可调，相对于采用“蓝光LED+荧光粉”方法获得的白光。当电流密度继续增大时，量子阱层04发射的蓝色在整个光谱中完全占据主导地位，掩盖了GaN黄带发光层031发射的黄光，具有变色功能的GaN基LED发出的光显示为蓝光。
对于本发明所述的具有变色功能的GaN基LED，可通过调节GaN基LED的输入电流的大小，来调制GaN黄带发光层031发射的黄光与量子阱层04发射的蓝光的配比，从而可获得不同颜色的光。
Claims (3)
1.一种具有变色功能的GaN基LED结构，包括衬底，在衬底上设有缓冲层，在缓冲层上设有n型层，量子阱层和p型层，其特征在于：在所述n型层内设有一掺杂C元素的GaN黄带发光层，厚度为2-20μm，C元素掺杂浓度为1×1019-1×1021cm-3；量子阱层通电时发射蓝光，量子阱层所发射的蓝光激发GaN黄带发光层发射黄光，通过调节LED的输入电流的大小，来调节GaN黄带发光层发射的黄光和量子阱层发射的蓝光的配比，获得不同颜色的光。
2.根据权利要求1述的具有变色功能的GaN基LED结构，其特征在于：所述衬底为硅衬底、蓝石衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有变色功能的GaN基LED的调节方法，其特征在于：通过改变输入电流，使得所述具有变色功能的GaN基LED可发射黄光、白光以及蓝光。
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