CN108598227B - 一种半导体白光发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体白光发光二极管，其特征在于所述V‑pits具有第一V‑pits和第二V‑pits，第一V‑pits具有非掺杂的ZnO量子点及其上方的CdSySe1‑y/ZnO核壳结构纳米柱发出红光；第二V‑pits具有非掺杂的ZnO量子点及其上方的ZnSzSe1‑z/ZnO核壳结构纳米柱发出绿光；第一V‑pits和第二V‑pits之间的多量子阱发出蓝光；从而形成红光、绿光和蓝光混合的白光发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种半导体白光发光二极管。
背景技术
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的白光采用GaAs红光芯片结合氮化物半导体的蓝光与绿光芯片形成RGB的白光，但该方法的成本较高，RGB的亮度不易控制匹配等。
鉴于以上的困难与不足，有必要提出一种在外延片上直接形成红绿蓝光混合的白光发光二极管。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体白光发光二极管，在外延片上直接形成红绿蓝光混合得到白光，降低成本，发光效率高。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种半导体白光发光二极管，依次包括衬底、第一导电型半导体、多量子阱、在多量子阱内成型的多个V形坑(V-pits)和第二导电型半导体，多个所述V形坑(V-pits)由多组相邻设置的第一V形坑和第二V形坑组成，第一V形坑发出红光，其内具有非掺杂的ZnO量子点、以及生长在ZnO量子点上方的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱，其中，CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱的S组分0≤y≤1；第二V形坑发出绿光，其内具有非掺杂的ZnO量子点、以及生长在ZnO量子点上方的ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱，其中，ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱的S组分0≤z≤1；第一V形坑和第二V形坑之间具有发出蓝光的多量子阱；从而形成红光、绿光和蓝光混合的白光发光二极管。
进一步，所述的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱掺杂Mg，所述ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱掺杂Mg，使V形坑(V-pits)的空穴浓度大于1018cm-3。
进一步，所述的第一V形坑和第二V形坑的开口尺寸为50～500nm，所述的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱和ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱的直径约40～400nm，小于V形坑(V-pits)的开口尺寸。
进一步，所述的多量子阱为InxGa1-xN/GaN量子阱，In组分0.15<x<0.35。
进一步，多个所述V形坑(V-pits)在多量子阱区域均匀分布设置。
本发明有益效果是：
第一V形坑具有非掺杂的ZnO量子点及其上方的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱发出红光；第二V形坑具有非掺杂的ZnO量子点及其上方的ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱发出绿光；第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱发出蓝光；从而形成红光、绿光和蓝光混合的白光发光二极管。
CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱掺杂Mg，所述ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱掺杂Mg，空穴浓度大于1018cm-3，形成高的空穴注入效率。
非掺杂的ZnO量子点为绝缘体，使V形坑(V-pits)延伸的位错线终止于V形坑(V-pits)的尖端，所述非掺杂的ZnO量子点不输运载流子，防止漏电产生。
附图说明
图1为传统具有V形坑(V-pits)的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：第一导电型半导体，102：位错线，103：多量子阱，104：V形坑(V-pits)，104a：第一V形坑，104b:第二V形坑，105：第二导电型半导体，106：非掺杂的ZnO量子点，107：ZnO纳米柱的核层，108：ZnSzSe1-z壳层，109：ZnSzSe1-z壳层，108：CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱，109：ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱。
具体实施方式
传统量子阱103具有V形坑(V-pits)104的氮化物发光二极管如图1所示，包括衬底100、第一导电型半导体101，位错线102，多量子阱103，V形坑(V-pits)104，第二导电型半导体105，其中位错线穿过V形坑(V-pits)和量子阱区。
本发明公开一种半导体白光发光二极管，如图2所示，依次包括衬底100、第一导电型半导体101，位错线102，多量子阱103，在多量子阱内成型的多个V形坑(V-pits)104，第二导电型半导体105，非掺杂的ZnO量子点106，CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108，ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109，多个所述V形坑(V-pits)由多组相邻设置的第一V形坑104a和第二V形坑104b组成，第一V形坑104a具有非掺杂的ZnO量子点106及其上方的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108组合发出红光；第二V形坑104b具有非掺杂的ZnO量子点106及其上方的ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109组合发出绿光；第一V形坑和第二V形坑之间的多量子阱103发出蓝光；从而形成红光、绿光和蓝光混合的白光发光二极管，如图3所示。
所述的第一V形坑104a具有非掺杂的ZnO量子点106及其上方的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108，利用CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108控制量子尺寸和量子斯塔克效应调控波长，使第一V形坑上方出射红光；所述第二V形坑104b具有非掺杂的ZnO量子点106及其上方的ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109，利用ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109的量子尺寸和量子斯塔克效应调控波长，使第二V形坑上方出射绿光。
所述的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108掺杂Mg，所述的ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109掺杂Mg，空穴的激活能降低至100meV以下，空穴浓度大于1018cm-3，形成高的空穴注入效率。
所述的非掺杂的ZnO量子点106为绝缘体，使V形坑(V-pits)延伸的位错线102线终止于V形坑(V-pits)104的尖端，所述非掺杂的ZnO量子点106不输运载流子，防止漏电产生。
所述的第一V形坑104a和第二V形坑104b的开口尺寸为50～500nm，所述CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108/107和ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109/107的直径约40～400nm，小于V形坑(V-pits)的开口尺寸。
所述的多量子阱103为InxGa1-xN/GaN量子阱，In组分0.15<x<0.35，所述第一V形坑104a和第二V形坑104b之间的多量子阱103发出蓝光。
所述的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱108的S组分0≤y≤1，ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱109/107的S组分0≤z≤1。
多个所述V形坑(V-pits)在多量子阱区域均匀分布设置，以保证形成白光的红绿蓝光线间距均匀、色度纯净。
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 (5)
1.一种半导体白光发光二极管，依次包括衬底、第一导电型半导体、多量子阱、在多量子阱内成型的多个V形坑(V-pits)和第二导电型半导体，其特征在于：多个所述V形坑(V-pits)由多组相邻设置的第一V形坑和第二V形坑组成，第一V形坑发出红光，其内具有非掺杂的ZnO量子点、以及生长在ZnO量子点上方的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱，其中，CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱的S组分0≤y≤1；第二V形坑发出绿光，其内具有非掺杂的ZnO量子点、以及生长在ZnO量子点上方的ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱，其中，ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱的S组分0≤z≤1；第一V形坑和第二V形坑之间具有发出蓝光的多量子阱；从而形成红光、绿光和蓝光混合的白光发光二极管。
2.根据权利要求1所述一种半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱掺杂Mg，所述ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱掺杂Mg，使V形坑(V-pits)的空穴浓度大于1018cm-3。
3.根据权利要求1所述一种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形坑的开口尺寸为50～500nm，所述的CdSySe1-y/ZnO核壳结构纳米柱和ZnSzSe1-z/ZnO核壳结构纳米柱的直径为40～400nm，小于V形坑(V-pits)的开口尺寸。
4.根据权利要求1所述一种半导体白光发光二极管，其特征在于：所述的多量子阱为InxGa1-xN/GaN量子阱，In组分0.15<x<0.35。
5.根据权利要求1所述一种半导体白光发光二极管，其特征在于：多个所述V形坑(V-pits)在多量子阱区域均匀分布设置。
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