CN107346859A - 一种白光光源的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种白光光源的制备方法,该方法包括如下步骤:在衬底上外延激光器结构;掩膜光刻刻蚀掉有源区以外的多量子阱区;沉积一层介质膜,利用光刻掩膜开光栅窗口,干法刻蚀多量子阱层;利用激光束全息曝光形成光栅;外延上波导层、生长p型层;光刻成单脊条形;光刻点隔离区域,沉积介质膜材料,利用离子注入技术形成高阻区;溅射P面电极和N面电极,实现上下电极结构;将激光器烧结在热沉和基板上,封装到管壳上;将红、黄荧光粉与硅胶混合并在一定温度下烘烤固化在光学仪器上;利用激光激发荧光粉,然后混合成白光。利用本发明方法,不但可以制备高效率、长寿命的激光白光光源,而且色温和显色指数可以调节。
Description
技术领域
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。
发明内容
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。
Claims (10)
1.一种白光光源的制备方法,其特征在于,包括步骤如下:
a、制备激光器芯片:
a1、选取衬底(1),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),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,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);
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);
a7、从衬底(1)上加工出激光器芯片;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,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。
2.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述的步骤a1中的衬底(1)为蓝宝石、碳化硅、硅其中一种。
3.根据权利要求2所述的白光光源的制备方法,其特征在于,采用蓝宝石作为衬底(1)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(1)时,利用物理减薄工艺得到激光器芯片。
4.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述的步骤a6中的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)。
5.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述的步骤a6中的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(12)的外侧为波长调谐区电极(15)。
6.根据权利要求4或5所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述有源区电极(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。
7.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述的介质膜为二氧化硅或氮化硅。
8.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述的步骤b基板(17)由铝或铜金属材料制成。
9.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述步骤a4中的铟镓氮层(8)的厚度30~80nm,禁带宽度大于多量子阱层(5)的禁带宽度。
10.根据权利要求1所述的白光光源的制备方法,其特征在于,所述步骤a3光栅区窗口长度为100~300μm。
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