[发明专利]一种无荧光粉单芯片GaN基发光二极管及其制备方法

权利要求书

1.一种无荧光粉单芯片GaN基发光二极管，其特征在于，包括衬底材料，以及在衬底材料上依次外延生长的缓冲层、n型GaN体材料、有源区、p型AlGaN阻挡层及p型GaN接触层；其中，所述有源区由蓝光量子阱、绿光量子阱或量子点层、以及红光量子点层组成。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述有源区单色光量子阱的个数为1～10个，单色光量子点层数为1～10层。

3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述量子点层为InGaN量子点以及其上外延的GaN盖层组成的复合层，所述量子点的横向、纵向尺寸为1～40nm，优选10～30nm，所述GaN盖层的厚度为10～100nm。

4.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述量子阱为InGaN/GaN量子阱，InGaN阱厚度为1～20nm，GaN垒的厚度为1～100nm，优选5～50nm。

5.根据权利要求1-4之一所述的发光二极管，其特征在于，所述蓝光量子阱的In组分按质量为10～30％，发光波长为410～480nm；所述绿光量子阱或量子点层的In组分按质量为20～50％，发光波长为480～570nm；所述红光量子点层的In组分按质量为30～60％，发光波长为620～760nm。

6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述衬底材料为蓝宝石、Si或SiC衬底。

7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述缓冲层为AlN、GaN或AlGaN缓冲层，厚度为10～100nm。

8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述n型GaN体材料厚度为10nm～100μm，优选200nm～10μm，电子浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3。

9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述p型AlGaN阻挡层按照质量Al的组分为5～50％，优选10～30％，厚度为10～100nm，空穴浓度为10¹⁵～10¹⁹cm^-3。

10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述p型GaN接触层厚度为10nm～2μm，优选100nm～1μm，空穴浓度为10¹⁷～10¹⁹cm^-3。

11.权利要求1-10所述无荧光粉单芯片GaN基发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在衬底材料上依次外延生长缓冲层和n型GaN体材料；

(2)在n型GaN体材料上不限顺序地外延生长蓝光量子阱、绿光量子阱或量子点层、以及红光量子点层形成有源区；

(3)在有源区上依次外延生长p型AlGaN阻挡层及p型GaN接触层。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述外延生长方法为金属有机物化学气相沉积法、分子束外延法或氢化物气相外延法，金属有机源为三甲基镓、三甲基铟或三甲基铝，氮源为氨气，所述金属有机源的载气为氢气或氮气。

13.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于，所述衬底材料使用前用氢气进行高温清洗，温度为1000～1500℃，反应室压强为100～500mbar。

14.根据权利要求11或12所述的制备方法，其特征在于，所述n型GaN体材料的生长温度为500～1500℃，优选1000～1500℃；所述有源区、p型AlGaN阻挡层和p型GaN接触层的生长温度为200～1500℃，优选500～1000℃；所述量子点上GaN盖层的生长温度为200-800℃；

所述反应室压强为1～1000mbar，优选100～500mbar。