CN108598225B - 一种氮化物半导体白光发光二极管 - Google Patents

一种氮化物半导体白光发光二极管 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种氮化物半导体白光发光二极管，所述V‑pits经过纳米位错过滤模板过滤位错后，在多量子阱区域形成均匀分布的V‑pits，所述V‑pits包含第一V‑pits和第二V‑pits，所述第一和第二V‑pits之间的多量子阱发出蓝光，第一V‑pits开口位置具有WS2/MoS2超晶格二维材料发出红光，第二V‑pits开口位置具有GaS/InSe超晶格二维材料发出绿光，红绿蓝光混合形成白光，降低成本，提升发光效率。

Description

一种氮化物半导体白光发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种氮化物半导体白光发光二极管。
背景技术
氮化物半导体发光二极管具有可调范围广泛的波长范围，发光效率高，节能环保，可使用超过10万小时的长寿命、尺寸小、可设计性强等因素，已逐渐取代白炽灯和荧光灯，成为普通家庭照明的光源，并广泛应用新的场景，如户内高分辨率显示屏、户外显屏、手机电视背光照明、路灯、车灯、手电筒等应用领域。但是，高In组分氮化物的材料生长质量差，导致发光效率低，难以形成红光氮化物发光二极管。通常白光发光二极管采用氮化物半导体蓝光二极管激光荧光粉获得白光。一般红绿蓝RGB白光发光二极管采用GaAs红光芯片配合InGaN蓝光发光二极管及绿光发光二极管，但该方法存在控制困难、成本高等问题，且需要多个芯片进行组合。
发明内容
为解决上述技术问题，提出一种氮化物半导体白光发光二极管，直接在外延片上形成红绿蓝光的色点，切割成芯片即可发出白光，降低成本，提升发光效率。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种氮化物半导体白光发光二极管，依次包括衬底、缓冲层、位错线、纳米位错过滤模板层、第一导电型半导体、多量子阱、V形坑(V-pits)、第二导电型半导体，多个所述的V形坑(V-pits)经过纳米位错过滤模板层过滤位错后，在多量子阱区域形成均匀分布设置，多个所述的V形坑(V-pits)包含多组相邻设置的第一V形坑和第二V形坑，第一V形坑和第二V形坑之间为发出蓝光的多量子阱，第一V形坑开口位置设有发出红光的WS2/MoS2超晶格二维材料，第二V形坑开口位置设有发出绿光的GaS/InSe超晶格二维材料，红绿蓝光混合射出白光。
进一步，所述的WS2/MoS2超晶格二维材料由WS2二维材料和MoS2二维材料构成，WS2二维材料和MoS2二维材料的层数均小于3层，使该第一V形坑射出红光。
进一步，所述的GaS/InSe超晶格二维材料由GaS二维材料和InSe二维材料构成，GaS二维材料和InSe二维材料的层数均小于3层，使该第二V形坑射出绿光。
进一步，所述的纳米位错过滤模板层由多个尺寸为10nm<d2<500nm的SiO2或SiNx组成，相邻间距为d1<100nm，使每个纳米位错模板层之间的向上延伸的位错线小于3条，在每个纳米位错模板层间隙位置仅形成1个V形坑(V-pits)，使V形坑(V-pits)在量子阱均匀分布。
进一步，所述的第一V形坑和第二V形坑之间的发出蓝光的多量子阱为InxGa1-xN/GaN量子阱，其中In组分为0.15<x<0.25。
进一步，所述的第一V形坑的开口尺寸、第二V形坑的开口尺寸，以及第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱的尺寸均为纳米级别。
进一步，所述第一V形坑和第二V形坑在多量子阱中均匀分布，第一V形坑的开口大小为50～300nm，第二V形坑的开口大小为50～300nm，第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱尺寸为50～300nm。
本发明有益效果是：
一种纳米尺寸下的红绿蓝光的白光发光二极管，直接在外延片上形成红绿蓝光的色点，切割成芯片即可发出白光，并保证每个色点在纳米尺寸，提升白光的纯净度。
缓冲层的位错经过纳米位错过滤模板层后，被阻挡过滤的位错线无法向上延伸，剩下少量均匀分布的向上延伸位错，所述纳米位错过滤模板层由尺寸为10nm<d2<500nm的SiO2或SiNx构成，间距为d1<100nm，保证每个纳米位错模板层之间的向上延伸的位错线小于3条，优选1条，从而在每个纳米位错模板层间隙位置仅形成1个V形坑(V-pits)，使V形坑(V-pits)在量子阱均匀分布，以保证形成白光的红绿蓝光线间距均匀、色度纯净。
附图说明
图1为传统氮化物半导体发光二极管的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明产生红光、绿光和蓝光混合成白光的效果示意图。
图示说明：100：衬底；101：缓冲层，102：位错线，102a:被阻挡过滤的位错线，102b：向上延伸的位错线，103：纳米位错过滤模板层，104：第一导电型半导体，105：多量子阱，106：V形坑(V-pits)，106a：第一V形坑，106b：第二V形坑，107：第二导电型半导体，108：WS2/MoS2超晶格二维材料，109：GaS/InSe超晶格二维材料。
具体实施方式
传统氮化物半导体发光二极管包括衬底100，缓冲层101，位错线102，第一导电型半导体104，多量子阱105，V-pits 106，第二导电型半导体107，如图1所示，量子阱中具有V形坑(V-pits)，但因缓冲层的位错线分布不均匀，导致V形坑(V-pits)分布不均匀，如图1所示。
一种氮化物半导体白光发光二极管，依次包括衬底、缓冲层、位错线、纳米位错过滤模板层、第一导电型半导体、多量子阱、V形坑(V-pits)、第二导电型半导体，多个所述的V形坑(V-pits)经过纳米位错过滤模板层过滤位错后，在多量子阱区域形成均匀分布设置，多个所述的V形坑(V-pits)包含多组相邻设置的第一V形坑和第二V形坑，第一V形坑和第二V形坑之间为发出蓝光的多量子阱，第一V形坑开口位置设有发出红光的WS2/MoS2超晶格二维材料，第二V形坑开口位置设有发出绿光的GaS/InSe超晶格二维材料，红绿蓝光混合射出白光。
WS2/MoS2超晶格二维材料由WS2二维材料和MoS2二维材料构成，WS2二维材料和MoS2二维材料的层数均小于3层，使该第一V形坑射出红光。
GaS/InSe超晶格二维材料由GaS二维材料和InSe二维材料构成，GaS二维材料和InSe二维材料的层数均小于3层，使该第二V形坑射出绿光。
纳米位错过滤模板层由多个尺寸为10nm<d2<500nm的SiO2或SiNx组成，相邻间距为d1<100nm，使每个纳米位错模板层之间的向上延伸的位错线小于3条，在每个纳米位错模板层间隙位置仅形成1个V形坑(V-pits)，使V形坑(V-pits)在量子阱均匀分布。
第一V形坑和第二V形坑之间的发出蓝光的多量子阱为InxGa1-xN/GaN量子阱，其中In组分为0.15<x<0.25。
第一V形坑的开口尺寸、第二V形坑的开口尺寸，以及第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱的尺寸均为纳米级别。
第一V形坑和第二V形坑在多量子阱中均匀分布，第一V形坑的开口大小为50～300nm，第二V形坑的开口大小为50～300nm，第一和第二V形坑之间的多量子阱尺寸为50～300nm。
实施例1
本发明公开一种氮化物半导体白光发光二极管，依次包括衬底100、缓冲层101、位错线102、纳米位错过滤模板层103、第一导电型半导体104、多量子阱105、V形坑(V-pits)106、第二导电型半导体107、WS2/MoS2超晶格二维材料108和GaS/InSe超晶格二维材料109，位错线102包括被阻挡过滤的位错线102a和向上延伸的位错线102b，V-pits 106包括第一V形坑106a和第二V形坑106b，还包括第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱，如图2所示，V形坑(V-pits)106经过纳米位错过滤模板103过滤被阻挡过滤的位错线102a后，只剩下少量向上延伸的位错线102b，从而在多量子阱105区域形成均匀分布的V-pits 106，V-pits 106以第一V形坑106a和第二V形坑106b为一组，在第一V形坑106a和第二V形坑106b之间的多量子阱发出蓝光，第一V形坑开口位置设有WS2/MoS2超晶格二维材料108发出红光，第二V形坑开口位置具有GaS/InSe超晶格二维材料109发出绿光，红绿蓝光混合射出白光，如图3所示。
所述第一V形坑106a开口位置具有WS2/MoS2超晶格二维材料108，所述WS2/MoS2超晶格二维材料108由WS2二维材料和MoS2二维材料构成，每个二维材料的层数小于3层，使该第一V形坑射出红光。
所述第二V形坑106b开口位置具有GaS/InSe超晶格二维材料109，所述GaS/InSe超晶格二维材料109由GaS二维材料和InSe二维材料构成，每个二维材料的层数小于3层，使该第二V形坑射出绿光。
所述缓冲层101的位错经过纳米位错过滤模板层103后，被阻挡过滤的位错线102a不再往上延伸，仅剩下少量向上延伸的位错线102b，所述纳米位错过滤模板层103由尺寸为10nm<d2<500nm的SiO2或SiNx构成，间距为d1<100nm，保证每个纳米位错模板层103之间的往上延伸的位错线102b小于3条，从而在每个纳米位错模板层103间隙位置仅形成1个V形坑(V-pits)106，使V形坑(V-pits)106在多量子阱105中均匀分布，以保证形成白光的红绿蓝光线间距均匀、色度纯净。
所述第一V形坑106a和第二V形坑106b之间的多量子阱105为InxGa1-xN/GaN量子阱，其中In组分0.15<x<0.25，发出蓝光。
所述第一V形坑106a和第二V形坑106b在多量子阱中105中均匀分布，第一V形坑106a的开口大小约50～300nm，第二V形坑106b的开口大小约50～300nm，第一和第二V形坑之间的多量子阱尺寸约50～300nm，通过控制V-pits的开口大小和第一、第二V形坑之间的多量子阱尺寸相等，保证红绿蓝的发光面积和发光强度接近。
所述V形坑(V-pits)的开口尺寸、第一和第二V形坑之间的多量子阱的尺寸均为纳米级别，从而保证红绿蓝的发光色点尺寸在纳米级别。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

Claims (7)

1.一种氮化物半导体白光发光二极管，依次包括衬底、缓冲层、位错线、纳米位错过滤模板层、第一导电型半导体、多量子阱、V形坑(V-pits)、第二导电型半导体，其特征在于：多个所述的V形坑(V-pits)经过纳米位错过滤模板层过滤位错后，在多量子阱区域形成均匀分布设置，多个所述的V形坑(V-pits)包含多组相邻设置的第一V形坑和第二V形坑，第一V形坑和第二V形坑之间为发出蓝光的多量子阱，第一V形坑开口位置设有发出红光的WS2/MoS2超晶格二维材料，第二V形坑开口位置设有发出绿光的GaS/InSe超晶格二维材料，红绿蓝光混合出射出白光。
2.根据权利要求1所述一种氮化物半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的WS2/MoS2超晶格二维材料由WS2二维材料和MoS2二维材料构成，WS2二维材料和MoS2二维材料的层数均小于3层，使该第一V形坑射出红光。
3.根据权利要求1所述一种氮化物半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的GaS/InSe超晶格二维材料由GaS二维材料和InSe二维材料构成，GaS二维材料和InSe二维材料的层数均小于3层，使该第二V形坑射出绿光。
4.根据权利要求1所述一种氮化物半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的纳米位错过滤模板层由多个尺寸为10nm<d2<500nm的SiO2或SiNx组成，相邻间距为d1<100nm，使每个纳米位错模板层之间的向上延伸的位错线小于3条，在每个纳米位错模板层间隙位置仅形成1个V形坑(V-pits)，使V形坑(V-pits)在量子阱均匀分布。
5.根据权利要求1所述一种氮化物半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的第一V形坑和第二V形坑之间的发出蓝光的多量子阱为InxGa1-xN/GaN量子阱，其中In组分为0.15<x<0.25。
6.根据权利要求1所述一种氮化物半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的第一V形坑的开口尺寸、第二V形坑的开口尺寸，以及第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱的尺寸均为纳米级别。
7.根据权利要求1或6所述一种氮化物半导体白光发光二极管，其特征在于：所述第一V形坑和第二V形坑在多量子阱中均匀分布，第一V形坑的开口大小为50～300nm，第二V形坑的开口大小为50～300nm，第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱尺寸为50～300nm。
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