[发明专利]光泵浦白光LED及其制备方法

权利要求书

1.一种光泵浦白光LED，包括一个平面蓝光LED芯片，所述平面蓝光LED芯片至上而下依次包括蓝宝石衬底，n型GaN层，InGaN/AlGaN双异质结层，P型GaN层；所述P型GaN层上设有P-电极，所述n型GaN层设有n电极；其特征在于，所述蓝宝石衬底上表面生成有使蓝光向蓝宝石衬底竖直方向射出的光子晶体阵列，所述光子晶体阵列上表面的一侧从下至上依次设有红光波段DBR层和红光波段AlGaInP外延层，所述光子晶体阵列上表面的另一侧从下至上依次设有绿光波段DBR层和绿光波段AlGaInP外延层。

2.如权利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述红光波段AlGaInP外延层从下至上依次包括n-AlInP限制层，多量子阱有源层和p-AlInP限制层。

3.如权利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述绿光波段AlGaInP外延层从下至上依次包括n-AlInP限制层，多量子阱有源层和p-AlInP限制层。

4.如权利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述光子晶体阵列为方形阵列或三角形阵列。

5.如权利要求4所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述光子晶体阵列包括若干个光子晶体，单个光子晶体的形状为圆形、方形、六变形或三角形。

6.如权利要求5所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述单个光子晶体的高度大于0且小于等于蓝宝石衬底的厚度。

7.如权利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述光子晶体阵列的占空比范围为大于等于0.00001且小于1。

8.如权利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述红光波段DBR层是由若干层不同折射率的第一反射层交替组成，每层第一反射层的厚度为红光波段AlGaInP外延层发出光的峰值波长的四分之一。

9.如权利要求1所述的光泵浦白光LED，其特征在于，所述绿光波段DBR层是由若干层不同折射率的第二反射层交替组成，每层第二反射层的厚度为绿光波段AlGaInP外延层发出光的峰值波长的四分之一。

10.一种制备光泵浦白光LED的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按照MOCVD方法制备平面蓝光LED芯片；通过金属有机化学气相沉积MOCVD生长技术获得，衬底采用蓝宝石，生长过程采用氢气和氮气作为载气，所用的Ga源、In源和N源分别是三甲基镓、三甲基铟和氨气，所使用的p型掺杂剂和n型掺杂剂分别是二茂镁和硅烷；

(2)去除蓝宝石衬底表面杂质，蓝宝石衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质，先在蓝宝石衬底上生长25～35nm温度为730℃的GaN缓冲层，再升温至1150℃生长1.5～3.0um的非故意掺杂的GaN半导体层，之后在1200℃的条件下生长1.5～3.0um厚的Si掺杂n型GaN层，随后在900～950℃的条件下生长InGaN/AlGaN双异质结层，在1100℃条件下生长25～35nm的p型AlGaN电子阻挡层，最后生长250～350nm厚的Mg掺杂的p型GaN层，经过上述过程后生长出完整的蓝宝石衬底的GaN基LED外延片；

(3)在n型GaN层表面制作n电极，在InGaN/AlGaN双异质结层表面制作P电极，首先需要刻蚀掉在n型GaN层表面的物质，即需要对步骤(2)中生长好的LED外延片清洗烘干，再依次进行旋涂光刻胶、烘干、曝光、显影、刻蚀、去除光刻胶工艺步骤，这时便露出n-GaN，再分别对n型GaN层蒸镀n电极，对p型GaN层蒸镀P-电极；

(4)对蓝宝石衬底上表面进行抛光处理，用电子束光刻法、激光全息光刻法、干法刻蚀法或纳米压印法制备光子晶体阵列；

(5)红光波段AlGaInP外延层采用n型GaAs衬底，Ⅲ族源用TMAl、TMGa、TMIn，V族源用AsH₃、PH₃，反应室的压力为8000-10000Pa，生长温度为680-7200℃，生长速率为4-5μm/h，载气是经过钯管纯化的氢气，在GaAs衬底上依次生长15～25对Al_0.6Ga0.4As/AlAs红光波段DBR，0.5μm厚的n型-(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P限制层，(Al_0.1Ga_0.9)_0.5In_0.5P/(Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P多量子阱有源层，0.5μm厚的p型(Al_0.7Ga_0.3)_0.5In_0.5P限制层；通过控制Ⅲ族、V族掺杂浓度，调整(Al_xGa1_-x)_0.5In_0.5P的组分x来形成从红光到黄绿光的转变；使用化学腐蚀法把GaAs吸收衬底从生长好的AlGaInP上腐蚀掉，分别对露出的红光波段DBR层和绿光波段DBR层的下表面进行抛光处理；(6)将蓝宝石衬底表面做抛光处理，将蓝宝石衬底分别与红光波段DBR层和绿光波段DBR层进行键合。