[发明专利]基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED，属于半导体技术以及照明技术领域，从下至上依次包括衬底、第一石墨烯层、AlN或GaN层、n‑GaN层、In_xGa_1‑xN/GaN多量子阱、第一i‑GaN层、第二石墨烯层、第二i‑GaN层、In_yGa_1‑yN/GaN多量子阱、第三i‑GaN层、第三石墨烯层、第四i‑GaN层、In_zGa_1‑zN/GaN多量子阱、第五i‑GaN层、p‑GaN层；还包括n型GaN欧姆接触电极和p型GaN欧姆接触电极。本发明还提供了上述基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED的制备方法，利用石墨烯作为多量子阱层间的缓冲层，利用石墨烯材料层间为范德华力的特性调控层间应力，改善各层晶格失配度大的问题，进而得到低应变程度、低位错密度的外延层，最终得到高质量、高集成度的白光LED器件，制备工艺简单、效果显著、应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及半导体技术以及照明技术领域，具体涉及一种基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED及其制备方法。

背景技术

当前，随着GaN基材料体系的外延技术不断进步，高亮度的绿光，蓝光以及更短波长的发光二极管的性能取得了突飞猛进的进步。作为未来固态照明的一个选择，发光二极管具有低功耗，长寿命，无污染等诸多优点。截止目前为止，商品化的可见光波段发光二极管已经覆盖了从红光到紫外波段范围。

随着LED的发光效率的不断提高，商品化的白光LED发光效率已经达到甚至超过了荧光灯的水平，并且随着技术的革新，其光效仍然有进一步提高的空间。从技术上看，实现白光发光二极管的解决方案大体上可以从是否需要长波长荧光粉的角度分为两种类型。

其中需要长波长荧光粉的一类白光二极管出现的时间较早，研究时间较长，因此工艺比较成熟，解决方法主要有两种：一是利用蓝光发光二极管激发黄色荧光粉；二是紫外发光二极管激发双基色荧光粉或者三基色荧光粉。

而无需长波长荧光粉的一类白光二极管主要是通过双基色二极管或者三基色二极管同时发光，色光混合从而出射白光，这一类二极管包含的种类较多，但是大都存在着很多问题，如：施主受主共掺白光LED，但是这种LED在电流较强的情况下光学品质会急剧下降；光子循环LED，这种结构是在InP衬底上生长AlGaInP外延片，由于InP衬底较脆弱，因此成品率很低；横向分布的多量子阱结构白光LED，但是这种工艺十分复杂，制造成本极高，不利于大规模生产。

市面上也出现过在同一块蓝宝石衬底上外延两个InGaN/GaN多量子阱的工艺，这种工艺步骤简单，但是由于层与层之间的晶格失配度较大，导致应力过大，器件内部会积累一个很大的畸变，使得LED的光峰值位置发生变化，造成这种结构的LED显色指数以及色温都不尽如人意；同时还会导致器件内部出现密度很大的缺陷，这些缺陷会成为非辐射复合中心，使得LED器件的性能和使用寿命下降。

为了解决层间晶格失配严重，器件内部应力过大的问题，减小器件内应变程度，降低缺陷浓度，提高器件的发光强度和发光效率，提升器件性能和使用寿命，制备高性能高集成度的LED芯片，本发明提出了基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED及其制备方法，通过在多量子阱之间加入石墨烯层来调制应力，改善外延层质量，提升器件性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED及其制备方法，利用石墨烯作为多量子阱层间的缓冲层来获取单片集成的GaN白光LED的方法，利用石墨烯材料层间为范德华力的特性调控层间应力，改善各层晶格失配度大的问题，进而得到低应变程度、低位错密度的外延层，最终得到高质量、高集成度的白光LED器件。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：