[发明专利]显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法

说明书

一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法，该器件包括：衬底；第一外延层；具有n个阵列排列的微/纳米孔洞的SiO₂层，位于所述第一外延层的上方；n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，位于各微/纳米孔洞上方；以及量子点区域，位于每两个三维六角梯形结构之间。本发明结合量子阱和量子点所形成的发光源，既能避免荧光粉所带来的缺陷，又可以充分利用量子阱与量子点结合所具有的优势，提高发光效率。通过调节量子阱中In的组分可以使所得到的三维六角梯形结构的侧面发射蓝光，上表面发射比蓝光波长长的绿和/或黄光，同时也可改变间隙中混合量子点的配比，从而调节其发光波长与强度，实现高显色性能。

技术领域

本发明涉及半导体外延和芯片技术领域，尤其涉及一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染等一系列的问题日益突出。发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源，因具有体积小、高光效、低电耗、长寿命等优势受到高度的重视。近年来，获得白光LED最普遍的方法就是利用低压直流电来激发单一基质的半导体芯片，其芯片发射出的光再激发到涂敷在芯片上的荧光粉，使荧光粉发出人眼可见的长波长的光，最后通过调节荧光粉的比例来实现白光发射。这种方法主要分为两种：一种为用蓝光芯片激发黄色荧光粉，即以蓝光LED芯片作为激发光源，激发与该种芯片发射波长匹配的黄色荧光粉，将发射出的黄光与激发光源的蓝光进行组合得到白光；另一种为用近紫外光芯片激发红、绿、蓝三基色荧光粉，即以近紫外LED芯片作为激发光源，激发能够发出红、绿、蓝三基色的三种荧光粉，将三种颜色的光进行调控组合得到白光。然而，这种采用荧光转换的方法存在着很多缺陷，例如由于斯托克斯位移而引起的能量损失，寿命相对缩短，荧光粉的降解，色温不稳定，显色指数较低，存在严重的猝灭发光现象等一系列问题。此外，还有就是红绿蓝三基色LED芯片混合的方法，这种方法尽管可以避免荧光粉在光转换过程中固有的能量损失，但是RGB多芯片的混光过程复杂，并且需不同电路和控制系统，价格昂贵，同时色温也受电流波动影响等。

而采用无荧光粉单芯片白光LED则具有以下的优势：采用单一芯片的LED——避免了多套控制电路的复杂设计，成本低，同时也避免了由不同芯片衰减速度而引起的光色漂移等问题，并且单芯片固态照明产品的热问题相对于多芯片型产品大为降低等；采用无荧光粉的LED——避免了荧光粉的降解、色温不稳定等问题，并且还具有显色指数较高、寿命相对较长等优势。

因此，许多研究者们开始着力发展无荧光粉单芯片的白光LED照明技术，并提出了许多新的实施途径，如单芯片集成的多波长发射白光技术(采用适当的外延技术，生长出不同的3D或2D结构来制备多波长发射的LED)受到了极大的关注，但是在这些技术中白光的显色指数还比较低，因此，提高显色指数，使色坐标接近(1/3，1/3)也尤为迫切。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件及其制备方法，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明的一方面，提供了一种显指可调的无荧光粉单芯片白光LED器件，包括：

衬底；

第一外延层；

具有n个阵列排列的微/纳米孔洞的SiO₂层，位于所述第一外延层上方，n为大于1的正整数；

n个含InGaN/GaN量子阱的三维六角梯形结构，位于各微/纳米孔洞上方；以及

量子点区域，位于每两个三维六角梯形结构之间；

其中，所述InGaN/GaN量子阱与所述量子点区域形成发光源。