CN209785931U - 一种led光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于照明技术领域，提供了一种LED光源，包括衬底、多个发光结构和隔离层，衬底上包括多个区域，多个发光结构一一对应设于区域内，每一发光结构包括依次层叠于衬底上的第一半导体层、量子阱层和第二半导体层，且多个发光结构的发光波长不同，隔离层设于所述衬底上，其用于至少将多个所述发光结构隔离开来。本实用新型通过在衬底的不同区域设置发光波长不同的发光结构，且不同的发光结构由隔离层隔离开来，由此在衬底上集成了多个发光颜色不同的发光结构，整体体积较小，便于混光均匀，使用更方便；多个发光结构各自的第一半导体层、量子阱层和第二半导体层也相互隔离开来，各自对量子阱层的驱动及量子阱层的发光不会相互影响。

Description

一种LED光源

技术领域

本实用新型涉及照明技术领域，特别涉及一种LED光源。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。

目前有使用红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光三个独立的晶片进行混光以合成白光，但存在的问题是这样的RGB光源占用面积大且混光后光斑不均匀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种LED光源，旨在解决多个独立晶片混光造成面积大且混光不均匀的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种LED光源，包括：

衬底，包括多个区域；

多个发光结构，一一对应设于所述区域内；每一所述发光结构包括依次层叠于所述衬底上的第一半导体层、量子阱层和第二半导体层；多个所述发光结构的发光波长不同；以及

隔离层，设于所述衬底上，用于至少将多个所述发光结构隔离开来。

在一个实施例中，每一所述发光结构还包括与所述第一半导体层电连接的第一电极以及与所述第二半导体层电连接的第二电极；每一所述发光结构通过各自的第一电极和第二电极独立驱动。

在一个实施例中，所述衬底上设有凹槽，不同所述区域内的凹槽的深度不同，所述量子阱层呈波浪状，且多个所述量子阱层的厚度相同。

在一个实施例中，所述凹槽的深度为30微米～50微米；所述凹槽的宽度为30微米～50微米；每一所述区域内相邻两个所述凹槽之间的距离为240微米～260微米。

在一个实施例中，所述量子阱层包括至少一个阱层和至少一个垒层，所述阱层与所述垒层依次交错层叠；每一所述发光结构的所述阱层的厚度相同，不同所述发光结构的阱层的厚度不同。

在一个实施例中，所述阱层的厚度为2纳米～7纳米；所述垒层的厚度为3纳米～20纳米。

在一个实施例中，所述阱层为InGaN层，所述垒层为GaN层；或者

所述阱层为InGaAs层，所述垒层为GaAs层；或者

所述阱层为AlGaAs层，所述垒层为GaAs层。

在一个实施例中，所述衬底包括四个区域，四个所述区域呈矩形阵列排布；四个所述发光结构发出的光的中心波长分别为470纳米、520纳米、595纳米和625纳米。

在一个实施例中，所述LED光源还包括设于所述衬底与所述第一半导体层之间的缓冲层。

在一个实施例中，所述LED光源还包括设于所述量子阱层的空穴注入一侧的电子阻挡层。

本实用新型提供的LED光源，其有益效果在于：

该LED光源包括衬底、多个发光结构和隔离层，衬底上包括多个区域，多个发光结构一一对应设于所述区域内，每一所述发光结构包括依次层叠于所述衬底上的第一半导体层、量子阱层和第二半导体层，且多个所述发光结构的发光波长不同，隔离层设于所述衬底上，其用于至少将多个所述发光结构隔离开来，由此在衬底上集成了多个发光颜色不同的发光结构，整体体积较小，便于混光均匀，使用更方便；多个发光结构之间通过隔离层相互隔离，各自的第一半导体层、量子阱层和第二半导体层也相互隔离开来，从而各自对量子阱层的驱动及量子阱层的发光不会相互影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的LED光源的俯视结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第一种LED光源的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第二种LED光源的结构示意图；

图4是图3中量子阱层处的放大图；

图5是本实用新型实施例提供的第三种LED光源的结构示意图。

图中标记的含义为：

100-LED光源，1-衬底，10-区域，11-凹槽，2-缓冲层，4-发光结构，41-第一半导体层，42-第二半导体层，43、43’、43”-量子阱层，431、431’、431”-阱层，432、432’、432”-垒层，44-第一电极，45-第二电极，46-电子阻挡层，5-隔离层。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供一种LED光源100，包括衬底1、多个发光结构4和隔离层5，衬底1上包括多个区域10，多个发光结构4一一对应地设于各区域10内，发光结构4包括依次层叠于衬底1上的第一半导体层41、量子阱层43和第二半导体层42，且多个发光结构4的发光波长不同，隔离层5设于衬底1上，其用于至少将多个发光结构4隔离开来，以使多个发光结构4之间互不影响。

本实用新型实施例提供的LED光源100，通过在衬底1的不同区域10上设置发光结构4，发光结构4包括依次层叠于衬底1上的第一半导体层41、量子阱层43和第二半导体层42，且多个发光结构4的发光波长不同，不同的发光结构4由隔离层5隔离开来，由此在衬底1上集成了多个发光颜色不同的发光结构4，整体体积较小，便于混光均匀，使用更方便；多个发光结构4之间通过隔离层5相互隔离，各自的第一半导体层41、量子阱层43和第二半导体层42也相互隔离开来，从而各自对量子阱层43的驱动及量子阱层43的发光不会相互影响；基于量子阱的LED光源100的发光效率更高。

量子阱是指由两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。随着半导体量子阱材料的发展，量子阱器件广泛应用于各种领域，如本实用新型的LED。由于量子阱具有发光波长可调、复合效率高等优势，在LED中引入量子阱，可以明显提高发光效率和容易获得不同发光波长。

如图2所示，量子阱层43包括层叠设置的至少一个阱层431以及多个设于两个阱层431之间的垒层432(图中仅示出一个)。在具体应用中，阱层431和垒层432的周期数可为2～50个，根据具体发光需要选择。

在一个实施例中，阱层431和垒层432均包括III族氮化物半导体材料，如氮化铟、氮化镓、氮化铝以及他们的三元或四元合金。

具体地，阱层431为InGaN层，其厚度为2纳米～7纳米，进一步可为2纳米～5纳米；垒层432为GaN层，其厚度为3纳米～20纳米，进一步可为3纳米～15纳米。

在另一些实施例中，阱层431还可以选择InGaAs层，垒层432选择GaAs层；或者阱层431选择AlGaAs层，垒层432选择GaAs层。阱层431的厚度可为2纳米～7纳米，垒层432的厚度可为3纳米～20纳米。

请参阅图2，在一个实施例中，LED光源100还包括设于衬底1与第一半导体层41之间的缓冲层2。该缓冲层2用于将衬底1表面的杂质和缺陷等与量子阱层43隔离，使量子阱层43在良好的界面上进行外延生长，避免杂质和缺陷波及到量子阱层43的外延生长过程中。进一步地，缓冲层2的材料的选择还优选考虑与第一半导体层41之间晶格匹配，以利于量子阱层43的生长。

请参阅图1和图2，在一个实施例中，每一发光结构4还包括与第一半导体层41电连接的第一电极44以及与第二半导体电连接的第二电极45，每一发光结构4通过各自的第一电极44和第二电极45连接至驱动电源进行独立驱动，从而可以独立地调整通过每一个发光结构4电流。由于量子阱层43中的半导体材料的连续可调直接带隙的特点，在加大偏压的情况下，发光波长会因为量子阱能带倾斜程度的增大而变短，同时，量子阱的导带底电子和价带顶空穴也会因电场作用而改变位置，被赶到相反方向的势垒壁附近，从而使发光强度增高。因此，通过各个发光结构4的独立驱动，可实现独立改变每一个发光结构4的发光波长和发光强度，进一步可调整该LED光源100的发光颜色、光谱成分、色温等光学性质，得到最终所需要的光线。

请参阅图1和图2，第一半导体层41的面积小于缓冲层2的面积，从而一部分缓冲层2被暴露出。较佳地是，多个第一半导体层41均靠近隔离层5设置，从而将缓冲层2上远离隔离层5的部分暴露出。第一电极44设置于该部分暴露的缓冲层2上并与第一半导体层41电连接。第二电极45设置于第二半导体层42的表面上从而实现与第二半导体层42的电连接。

如图2所示，在本实施例中，隔离层5还贯穿了缓冲层2，也即将缓冲层2也对应多个区域10进行了分隔。

在一个实施例中，如图2所示，LED光源100还包括设于量子阱层43的空穴注入一侧的电子阻挡层46，电子阻挡层46用于阻挡电子注入到提供空穴的半导体层一侧，使得电子和空穴最大程度地于量子阱层43中复合，提高复合和辐射效率。

具体在本实施例中，第一半导体层41为N型离子掺杂GaN得到的半导体层，其用于提供电子，第二半导体层42为P型离子掺杂GaN得到的半导体层，其用于提供空穴，在电场的作用下，电子和空穴分别向量子阱层43方向移动并在量子阱层43中复合辐射。电子阻挡层46则设于量子阱层43和第二半导体层42之间。进一步地，缓冲层2可以为本征GaN层。电子阻挡层46可以为AlGaN层或者AlGaN/GaN/AlGaN的复合层。

在一个实施例中，衬底1可以为硅衬底、蓝宝石衬底或铝酸锂衬底。

请参阅图2，提供第一种结构的LED光源100。在该实施例中，衬底1上设有凹槽11，不同区域10内的凹槽11的深度不同，位于衬底1上的缓冲层2、第一半导体层41、量子阱层43、电子阻挡层46和第二半导体层42均随着凹槽11而呈波浪状设置。由于不同区域10内的凹槽11的深度不同，量子阱层43的起伏程度不同，相同投影面积内的量子阱层43的体积不同，在保证量子阱内的III族元素的掺杂浓度相同的情况下，不同区域10的量子阱层43中的III族元素的总含量不同，III族元素的总含量决定了该阱层431材料的带隙不同(连续可调)，因此，不同区域10内的量子阱层43可发出不同波长的光线。在一定范围内，III族元素的含量越大，发光波长越长。

可以理解的是，在一个区域10内，其量子阱层43中的多个阱层431的厚度是相同的，由此可容易地通过保证不同区域10内量子阱层43的起伏程度不同即可实现发光波长的控制。

具体地，凹槽11的深度为30微米～50微米，凹槽11的宽度为30微米～50微米；每一区域10内相邻两个凹槽11之间的距离为240微米～260微米。优选地，多个区域10内凹槽11的宽度和间距均一致。例如，在所有区域10内，凹槽11的宽度可为40微米，相邻两个凹槽11之间的距离为250微米。

请参阅图3和图4，提供第二种结构的LED光源100。在该结构中，一个发光结构4内的多个阱层431’的厚度相同，不同发光结构4内的阱层431’的厚度不同。在保证多个量子阱层43’内III族元素的掺杂浓度相同的情况下，不同发光结构4中的量子阱层43’中的III族元素的总含量不同，因此，也可实现不同区域10内的量子阱层43’可发出不同波长的光线。

对于以上两种结构，虽然阱层431、431’的起伏程度和厚度不同，但其阱层431、431’中III族元素的掺杂浓度是相同的，这非常有利于在一个工艺参数恒定的生长过程中生长得到上述两种结构的阱层431、431’。

具体以InGaN阱层和GaN垒层为例，在金属有机物化学气相外延(MOCVD)系统中，于系统中在500℃～700℃下通入氮气、氨气以及Ga金属有机源，在衬底1上生长出厚度20纳米～800纳米的GaN缓冲层；继续加通硅烷，在GaN缓冲层2上生长出厚度20纳米～800纳米的Si掺杂的N型GaN层；然后通入氮气、氨气以及Ga、In金属有机源，生长出多个交替层叠的InGaN阱层和GaN垒层；通入氮气、氨气以及Al、Ga金属有机源，生长出厚度为20纳米～500纳米AlGaN层或者AlGaN/GaN/AlGaN作为电子阻挡层；最后通入氮气、氨气以及Ga金属有机源并以Mg掺杂，在衬底上生长出厚度为20纳米～800纳米的P型GaN层。

在通入气体流量一定的情况下，单位时间内生长出的InGaN的体积是一定的。因此，对于不同起伏程度和不同厚度的InGaN阱层431，这可以通过控制在不同区域10的生长时间来实现。

对于第一种结构，若起伏程度大，则相同体积的InGaN分散后的厚度会相对降低。在四个区域内同时进行外延生长，当起伏程度最小的一个发光结构中的InGaN层生长至所需厚度，然后采用光罩将该区域及其对应的InGaN层遮挡，使其他区域10内继续生长；当起伏程度较小的一个发光结构4中的InGaN层生长至所需厚度时，再次采用光罩将该区域10及其对应的InGaN层遮挡，以此类推，直至所有区域10内的InGaN层生长至所需厚度和所需要的铟含量。对于第二种结构，在单位时间内，生长出的InGaN层的厚度是相同的，同样可以采用光罩将已经生长完成的、厚度最小的InGaN层遮挡，使其他需要更大厚度的InGaN层继续生长，直至所有区域10的InGaN层均生长至所需要的厚度，或者反之，先遮挡其他区域10而仅对厚度最大的区域10进行外延生长InGaN层，当其生长至具有与第二大厚度的InGaN层的厚度之差时，将具有第二大厚度的InGaN层的区域10开放，使该两个区域10同时生长，依次类推，直至多个区域10共同开放同时生长，在每一个区域10内得到所需的InGaN层的厚度。

请参阅图5，提供第三种结构的LED光源100。在该结构中，阱层431”在每个区域10的厚度均一致，但铟含量不一致，从而不同的量子阱层43”的发光波长不会相同。通过设置每一个区域10内量子阱层43”的铟元素的含量，可以得到所需要的发光波长。进一步地，在该结构总，不同区域10内的垒层432”的厚度一致，以便于工艺操作和保证生产效率。

该结构是这样得到的：InGaN阱层中的铟含量与外延生长过程中的工艺参数相关，如温度、铟金属有机源的流量、气体流量等。具体是，在一定范围内，温度越高，有更少的铟元素会生长在阱层431”中，铟金属有机源的流量越大，铟含量越高，气体流量越大，铟含量越低。因此，对多个区域10分次进行外延生长，在其中一个区域10进行外延生长时，将其他区域10遮挡；当该区域10生长完成后，开放另一个区域10并调整温度、铟金属有机源的流量和气体流量中的至少一个，在该区域10中得到需要的铟含量，依次类推，直至所有区域10内阱层431”均生长完毕。

如图1所示，在本实施例中，衬底1包括四个区域10，四个区域10呈矩形阵列排布，四个区域10内的发光结构4发出的光的中心波长分别为470纳米、520纳米、595纳米和625纳米。

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

Claims (10)

1.一种LED光源，其特征在于，包括：

衬底，包括多个区域；

多个发光结构，一一对应设于所述区域内；每一所述发光结构包括依次层叠于所述衬底上的第一半导体层、量子阱层和第二半导体层；多个所述发光结构的发光波长不同；以及

隔离层，设于所述衬底上，用于至少将多个所述发光结构隔离开来。

2.如权利要求1所述的LED光源，其特征在于，每一所述发光结构还包括与所述第一半导体层电连接的第一电极以及与所述第二半导体层电连接的第二电极；每一所述发光结构通过各自的第一电极和第二电极独立驱动。

3.如权利要求1所述的LED光源，其特征在于，所述衬底上设有凹槽，不同所述区域内的凹槽的深度不同，所述量子阱层呈波浪状，且多个所述量子阱层的厚度相同。

4.如权利要求3所述的LED光源，其特征在于，所述凹槽的深度为30微米～50微米；所述凹槽的宽度为30微米～50微米；每一所述区域内相邻两个所述凹槽之间的距离为240微米～260微米。

5.如权利要求1所述的LED光源，其特征在于，所述量子阱层包括至少一个阱层和至少一个垒层，所述阱层与所述垒层依次交错层叠；每一所述发光结构的所述阱层的厚度相同，不同所述发光结构的阱层的厚度不同。

6.如权利要求5所述的LED光源，其特征在于，所述阱层的厚度为2纳米～7纳米；所述垒层的厚度为3纳米～20纳米。

7.如权利要求5所述的LED光源，其特征在于，所述阱层为InGaN层，所述垒层为GaN层；或者

所述阱层为InGaAs层，所述垒层为GaAs层；或者

所述阱层为AlGaAs层，所述垒层为GaAs层。

8.如权利要求1至5中任一项所述的LED光源，其特征在于，所述衬底包括四个区域，四个所述区域呈矩形阵列排布；四个所述发光结构发出的光的中心波长分别为470纳米、520纳米、595纳米和625纳米。

9.如权利要求1至5中任一项所述的LED光源，其特征在于，所述LED光源还包括设于所述衬底与所述第一半导体层之间的缓冲层。

10.如权利要求1至5中任一项所述的LED光源，其特征在于，所述LED光源还包括设于所述量子阱层的空穴注入一侧的电子阻挡层。