[发明专利]一种白光发光二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明技术领域，具体涉及一种白光发光二极管及其制备方法。

技术背景

半导体照明是本世纪最具发展前景的高技术领域之一，白光LED将成为21世纪的新一代光源第四代电光源,相比于高能耗、电光转化效率低的白炽灯，含有汞等有毒废弃物、寿命较短、频闪、紫外和红外辐射以及显色指数相对较低的荧光灯，白光LED具有低电压、低能耗、长寿命、高可靠性、耐震动和抗冲击和易维护等优点,符合绿色照明工程节能与环保的要求，是引人瞩目的绿色光源，是目前普遍认为可能成为替代白炽灯、荧光灯的新型固体光源，具有广阔的市场与潜在照明应用前景。

LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料,发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的p-n结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。

目前，实现白光LED的技术途径主要有三种：(1)InGaN蓝光芯片加YAG(钇铝石榴石)荧光粉的方法制成白光LED。如在美国专利US 6,685,852 B2中，这种白光LED主要是使用蓝光LED产生的蓝光激发YAG黄色荧光粉产生黄光，与原先用于激发的蓝光互补而产生白光。此种组合的制作简易,在所有各种白光LED组合中,成本最低且效率较好，这种方法制作的白光LED占据市场主导地位。(2)使用红、绿、蓝三种LED组合制成白光LED。如在美国专利US5,952,681中，利用三色晶粒直接封装成白光二极管，这种方法是最早用于制成白光的方式，其优点是不需经过荧光粉的转换，可避免因为荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率，同时，可以分开控制三色发光二极管的光强度，达成全彩的变色效果(可变色温)，并可由晶粒波长及强度的选择得到较佳的演色性。(3)紫外LED与RGB荧光粉的组合。如在文献“White-light emission from near UV InGaN–GaN LED chip precoated with blue/green/red phosphors”(Sheu,J.K.et al.Photonics technology letters.15,18-20)中，这种白光LED利用具有更高能量的紫外线光子激发RGB荧光粉三色直接配成白光的方式。这种LED封装方式和第一种LED相同,成本接近,但因为所有白光都来自于荧光粉本身,紫外光本身未参与混光,因此颜色的控制较第一种LED容易得多,色彩均匀度较好。

以上三种是目前的白光制作的常用办法，也都有其缺点。其中，第一种会出现中间蓝，四周黄的现象，显色性偏低，色温均匀性不佳。第二种是混光困难，使用者在此光源前方各处可轻易观察到多种不同的颜色，并在各遮蔽物后方看到彩色的影子。另外，因为所使用的三个晶粒都是热源，散热问题更是其它种封装型式的3倍，而增加其使用上的困难。第三种配合荧光粉紫外光波长选择(荧光粉最佳转换效率之激发波长)、UV-LED制作的难度及抗UV封装材料的开发等困难。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种白光发光二极管及其制备方法，其基于锑掺杂p型氧化锌/n型氮化镓异质结结构，实现全界面复合，解决目前的白光LED存在的显色性偏低，色温均匀性不佳、混光困难以及荧光粉成份复杂，配比要求高，稳定性差等问题。

按照本发明的一个方面，提供一种白光发光二极管，其特征在于，包括从下至上依次层叠接触的n型氮化镓薄膜、锑掺杂p型氧化锌纳米线阵列和正电极，其中，所述n型氮化镓薄膜与所述锑掺杂p型氧化锌纳米线阵列接触而形成异质结，以作为白光发光层，所述正电极与所述锑掺杂p型氧化锌纳米线阵列接触作为工作正电极，所述n型氮化镓薄膜上设置有负电极，该负电极与所述n型氮化镓薄膜接触以作为工作负电极。

作为本发明的改进，所述正电极采用金属铟。

作为本发明的改进，所述负电极采用铟金电极。

作为本发明的改进，所述的锑掺杂p型氧化锌纳米线阵列垂直生长在n型氮化镓薄膜上。

作为本发明的改进，所述白光发光二极管的发光波段从400nm到1000nm。

作为本发明的改进，所述n型氮化镓薄膜底面设置有衬底，优选为蓝宝石。

按照本发明的另一方面，提供一种白光发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：

1)制备具有衬底的n型氮化镓薄膜基底；

2)在所述n型氮化镓薄膜上溅射金颗粒作为反应的催化剂；