本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管（led）以其節(jié)能環(huán)保、可靠性高等顯著特點(diǎn)得到人們廣泛的關(guān)注和研究。在能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益加重的今天，眾多國家和地區(qū)將led照明技術(shù)列為國家發(fā)展戰(zhàn)略。經(jīng)過二十多年的研究和努力，led外延生長技術(shù)、led芯片制造技術(shù)以及l(fā)ed封裝技術(shù)均得到長足進(jìn)步，使得led被廣泛用于顯示屏、指示燈、景觀照明、汽車燈、通用照明等很多領(lǐng)域。

目前，照明用白光led通常采用“藍(lán)光led+熒光粉”的方式制成，這種形式的白光led存在以下缺點(diǎn)：1、顯色指數(shù)、色溫和發(fā)光效率之間難以協(xié)調(diào)；2、熒光粉有限的轉(zhuǎn)換效率損失了部分led的發(fā)光效率。為此，人們提出了采用多色led合成白光的技術(shù)方案，如將“紅+黃+綠+青+藍(lán)”五基色led芯片封裝在一起制成白光led。這種白光led將可望獲得低色溫、高顯色指數(shù)、高光效的白光光源。如果直接將五種顏色的led芯片進(jìn)行封裝獲得前述五基色白光，則在燈具封裝的過程中使用芯片數(shù)量多，一來對(duì)燈珠電路、光學(xué)設(shè)計(jì)帶來困難，其次光在空間的混合均勻性也較難調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，它能在單芯片內(nèi)直接出射多光譜（兩種或者三種波長的光），從而使五基色白光封裝所用芯片顆粒數(shù)大幅下降，對(duì)燈珠的電路設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)以及混光提供了很大的設(shè)計(jì)窗口。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包含：襯底；層疊于所述襯底上的半導(dǎo)體疊層，該半導(dǎo)體疊層至少包含一層n型半導(dǎo)體層、一層p型半導(dǎo)體層和一層夾于n型半導(dǎo)體層、p型半導(dǎo)體層之間的多光譜發(fā)光多量子阱層；特征是：所述多光譜發(fā)光多量子阱層由量子阱禁帶寬度不同的兩組或三組層疊排列的多量子阱發(fā)光單元組成，兩組層疊排列的多量子阱發(fā)光單元能同時(shí)出射兩種波長的光，三組層疊排列的多量子阱發(fā)光單元能同時(shí)出射三種波長的光，任意兩種波長的光之間的波長差為λ，其中:100nm≥λ≥10nm；所述多量子阱發(fā)光單元是由量子阱層和量子壘層組成的周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為k，其中:10≥k≥1；所述多量子阱發(fā)光單元的發(fā)光波長由多量子阱發(fā)光單元的量子阱禁帶寬度決定，發(fā)光波長范圍為380nm─700nm。

發(fā)光光譜通過改變所述多量子阱發(fā)光單元的量子阱禁帶寬帶、量子阱層和量子壘層周期結(jié)構(gòu)的周期數(shù)、量子阱層厚度、量子壘層厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

所述半導(dǎo)體疊層是銦鎵鋁氮（inxgayal1-x-yn，0≤x≤1，0≤y≤1）或銦鎵鋁磷（inxgayal1-x-yp，0≤x≤1，0≤y≤1）發(fā)光材料中的一種。

所述襯底為硅(si)、藍(lán)寶石(al2o3)、碳化硅(sic)、砷化鎵（gaas）、氮化鋁（aln）、磷化鎵（gap）、氧化鋅（zno）以及氮化鎵(gan)中的一種。

本發(fā)明所提供的多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于可直接出射在380nm─700nm波長范圍內(nèi)且最大、最小波長差小于100nm的多光譜發(fā)光（兩種或者三種波長的光），從而使五基色白光封裝所用芯片顆粒數(shù)大幅下降，對(duì)燈珠的電路設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)以及混光提供了很大的設(shè)計(jì)窗口，例如使用單芯片發(fā)“綠+青+藍(lán)”光的led與單芯片發(fā)“紅+黃”光的led這兩種芯片組合便可實(shí)現(xiàn)五基色白光；同時(shí)，本發(fā)明所提供的多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其光譜靈活多變，可滿足不同色溫、顯色指數(shù)白光的需求，例如對(duì)單芯片發(fā)“綠+青+藍(lán)”光的led結(jié)構(gòu)，可以通過調(diào)節(jié)綠光、青光、藍(lán)光三種多量子阱發(fā)光單元的禁帶寬度、量子阱厚度、量子壘厚度、量子阱壘周期數(shù)以及綠青藍(lán)三色多量子阱發(fā)光單元的排列順序，從而實(shí)現(xiàn)綠青藍(lán)三色光光譜相對(duì)強(qiáng)度的調(diào)節(jié)。

因此，本發(fā)明具有能在單芯片內(nèi)直接出射多光譜（兩種或者三種波長的光）、使五基色白光封裝所用芯片顆粒數(shù)大幅下降、光譜靈活多變、對(duì)燈珠的電路設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)以及混光提供了很大的設(shè)計(jì)窗口等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的剖面圖；

圖2實(shí)施例1中多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜示意圖；

圖3實(shí)施例2中多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜示意圖；

其中，100—襯底，200—n型半導(dǎo)體層，300—多光譜發(fā)光多量子阱層，310—多量子阱發(fā)光單元，320—多量子阱發(fā)光單元，330—多量子阱發(fā)光單元,311—量子阱層，321—量子阱層，331—量子阱層，312—量子壘層，322—量子壘層，332—量子壘層，400—p型半導(dǎo)體層，500—半導(dǎo)體疊層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

襯底100采用硅（si）襯底，半導(dǎo)體疊層500采用inxgayal1-x-yn材料體系，n型半導(dǎo)體層200為摻si濃度2×10¹⁸─5×10¹⁸cm^-3gan；p半導(dǎo)體層400為摻mg濃度1×10²⁰cm^-3的gan；多光譜發(fā)光多量子阱層300由三組多量子阱發(fā)光單元310、320和330從下向上依次層疊排列組成，其中多量子阱發(fā)光單元310由5個(gè)周期的量子阱311和量子壘312組成，量子阱311發(fā)光波長為450-460nm的藍(lán)光，多量子阱發(fā)光單元320由2個(gè)周期的量子阱321和量子壘322組成，量子阱321發(fā)光波長為480-490nm的青光，多量子阱發(fā)光單元330由1個(gè)周期的量子阱331和量子壘332組成，量子阱331發(fā)光波長為520-530nm的綠光；本實(shí)施例中的多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜為綠、青、藍(lán)三色光合成的光譜，其光譜可調(diào)節(jié)為如圖2所示的光譜，同時(shí)不僅限于圖2中的光譜。

實(shí)施例2：

襯底100采用砷化鎵（gaas）襯底，半導(dǎo)體疊層500采用inxgayal1-x-yp材料體系；n型半導(dǎo)體層200為n型銦鎵鋁磷（alxgayin1-x-yp，1≥x≥0，1≥y≥0）；p半導(dǎo)體層400為p型銦鎵鋁磷（alxgayin1-x-yp，1≥x≥0，1≥y≥0）；多光譜發(fā)光多量子阱層300由兩組多量子阱發(fā)光單元310和320依次層疊排列組成，其中多量子阱發(fā)光單元310由5個(gè)周期的量子阱311和量子壘312組成，量子阱311發(fā)光波長為590-600nm的橙光，多量子阱發(fā)光單元320由2個(gè)周期的量子阱321和量子壘322組成，量子阱321發(fā)光波長為620-630nm的紅光；本實(shí)施例中的多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜為紅橙兩色光合成的光譜，其光譜可調(diào)節(jié)為如圖3所示的光譜，同時(shí)不僅限于圖3中的光譜。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多光譜發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包含：襯底和半導(dǎo)體疊層，該半導(dǎo)體疊層至少包含一層n型半導(dǎo)體層、一層p型半導(dǎo)體層和多光譜發(fā)光多量子阱層；特征是：所述多光譜發(fā)光多量子阱層由量子阱禁帶寬度不同的兩組或三組層疊排列的多量子阱發(fā)光單元組成，可以同時(shí)出射兩種或三種波長的光，任意兩種波長的光之間的波長差為λ，其中100nm≥λ≥10nm；所述多量子阱發(fā)光單元是由量子阱層和量子壘層組成的周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為k；所述多量子阱發(fā)光單元的發(fā)光波長由其量子阱禁帶寬度決定，發(fā)光波長范圍為380nm─700nm。本發(fā)明能在單芯片內(nèi)直接出射多光譜，可使五基色白光封裝所用芯片顆粒數(shù)大幅下降，對(duì)燈珠的電路設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)以及混光提供了很大的設(shè)計(jì)窗口。

技術(shù)研發(fā)人員：劉軍林;江風(fēng)益;莫春蘭;張建立;王小蘭;吳小明;高江東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌大學(xué);南昌黃綠照明有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.27
技術(shù)公布日：2017.09.15