單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前II1-V族半導(dǎo)體光電材料被譽為第三代半導(dǎo)體材料。而氮化鎵系發(fā)光二極管，由于可以通過控制材料的組成來制作出各種色光的發(fā)光二極管(簡稱為“LED”)，而成為業(yè)界研宄的重點。
[0003]市場上的全彩顯示器目前主要分為LCD (Liquid Crystal Display)液晶顯示器、等離子顯不器(Plasma Display Panel)、OLED (Organic Light-Emitting D1de)顯不器和LED (Light-Emitting D1de)顯不器。
[0004]LCD液晶顯示器:
[0005]LCD液晶顯示器的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體(液晶)，在玻璃后面，以CCFL冷光燈管(類似日光燈)作背光源。液晶的成像原理可以簡單的理解為，夕卜界施加電壓使桿狀液晶分子改變方向，便如閘門般地阻隔背光源發(fā)出的光線的通透度，進而將光線投射在不同顏色的彩色濾光片中形成圖像。LCD液晶顯示器工藝較為成熟，但是存在功耗高、刷新速率小，可視視角窄、對比度低等缺點。
[0006]等離子顯示器:
[0007]等離子顯示器也是一種平面顯示屏幕，但不同于IXD，等離子顯示屏是屏幕自己發(fā)光，而不是依靠背光源。其原理是在真空玻璃管中注入惰性氣體或水銀蒸氣，加電壓之后，使氣體產(chǎn)生等離子效應(yīng)，放出紫外線，激發(fā)熒光粉而產(chǎn)生可見光，利用激發(fā)時間的長短來產(chǎn)生不同的亮度。顯示屏中，每個像素都是由三個不同顏色(三基色)的等離子發(fā)光體所產(chǎn)生。由于每個像素都有自己獨立的發(fā)光體，所以特別清晰鮮明。由于其技術(shù)特點，等離子顯示器亮度可以達到很高，可顯示更多種顏色，沒有視角問題，對比度亦高，可制造出大面積的顯示屏，對觀看電影尤其適合。但等離子顯示屏長時間播放靜止畫面會有殘影，隨著使用的時間亮度會衰退，等離子的發(fā)熱也較大。
[0008]OLED 顯示器:
[0009]0LED，直譯過來是“有機發(fā)光二極管”，其結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)LED，但是它是通過電流驅(qū)動有機薄膜本身來發(fā)光，OLED可以做得更薄，可使用不同的材質(zhì)，還能制造成可任意彎曲的形狀。但是由于材料本身限制，壽命通常只有5000小時，壽命較短，不能實現(xiàn)大尺寸屏幕的量產(chǎn)，還存在存在色彩純度不夠的問題。
[0010]LED 顯示器:
[0011]嚴(yán)格意義上的LED顯示器，是指直接以LED (發(fā)光二極管)組成陣列，發(fā)光二極管直接作為像素發(fā)光元件，發(fā)出紅，綠，藍三色的光線，進而形成彩色畫面，如紅綠燈、室外大屏幕。但目前桌面級別的LED顯示器主要是“LED背光液晶顯示器”，其原理只是將傳統(tǒng)液晶顯示器的背光源由CCFL冷光燈管變換成LED (發(fā)光二極管)而已。
[0012]LED顯示器與其它顯示器相比具驅(qū)動電壓低、耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等優(yōu)點。
[0013]氮化鎵基白光發(fā)光二極管的制備方法目前主要分為兩大主流:第一種是利用熒光粉將藍光LED或紫外UV-LED所產(chǎn)生的藍光或紫外光分別轉(zhuǎn)換為雙波長或三波長白光，此項元件技術(shù)稱之為熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED。第二類則為多芯片型白光LED，經(jīng)由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光，目前白光LED器件以藍光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍，其中多芯片型白光LED型構(gòu)裝方式，演色性最佳，但每一個芯片都需要獨立的驅(qū)動電路，因此控制電路比較復(fù)雜，成本較高；多芯片型白光LED則具有技術(shù)最成熟且成本低廉之優(yōu)勢，但色偏、演色性不佳，須以適當(dāng)紅、黃光熒光粉加以改善，而熒光粉長時間處于LED光直射的剛問狀態(tài)會引起性能退化，使白光LED的效率下降和光譜改變。此外，最嚴(yán)重者為日亞化學(xué)專利限制難以規(guī)避。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于，提供一種單芯片多波長發(fā)光LED結(jié)構(gòu)及制備方法，本發(fā)明可以解決LED單芯片多波長發(fā)光的問題，具有工藝簡單，驅(qū)動電路簡單，無需熒光粉，壽命長，色域廣，具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，并且可采用柔性襯底，在白光照明、全色顯示和光調(diào)控領(lǐng)域可以發(fā)揮重要作用。
[0015]本發(fā)明提供一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括:
[0016]—襯底；
[0017]一緩沖/成核層，其制作在襯底上；
[0018]多個交替生長的P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層，該多個交替生長的P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層制作在緩沖/成核層上，且每個P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層之間及η型歐姆接觸層和P型歐姆接觸層夾置有有源層，該有源層可以發(fā)射不同顏色的光，且每個P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層分別連接有P電極或η電極，形成正裝結(jié)構(gòu)。
[0019]本發(fā)明還提供一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
[0020]步驟1:取一藍寶石襯底；
[0021]步驟2:在藍寶石襯底上生長緩沖/成核層；
[0022]步驟3:在緩沖/成核層上生長多個交替疊加的P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層，其中每兩個歐姆接觸層之間夾置有有源層，形成外延片；
[0023]步驟4:在生長好的外延片的表面的兩側(cè)向下刻蝕，刻蝕深度分別到達P型歐姆接觸層和η型歐姆接觸層內(nèi)，形成臺面；
[0024]步驟5:在P型歐姆接觸層上形成的臺面上制作P電極，在η型歐姆接觸層上形成的臺面上制作η電極，形成正裝結(jié)構(gòu)，完成制作。
[0025]本發(fā)明的有益效果是，具有工藝簡單，驅(qū)動電路簡單，無需熒光粉，壽命長，色域廣，具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，并且可采用柔性襯底，在白光照明、全色顯示和光調(diào)控領(lǐng)域可以發(fā)揮重要作用。
【附圖說明】
[0026]為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細說明如后，其中:
[0027]圖1是本發(fā)明中單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖，該圖為LED正裝結(jié)構(gòu)的截面圖，加虛線后為倒裝結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0028]圖2是本發(fā)明中單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖，該圖為LED垂直結(jié)構(gòu)的截面圖。
【具體實施方式】
[0029]請參閱圖1-圖2所示，本發(fā)明一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括:
[0030]—襯底 I ;
[0031]一緩沖/成核層2，其制作在襯底I上；
[0032]多個交替生長的P型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4，該多個交替生長的ρ型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4制作在緩沖/成核層2上，且每個ρ型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4之間及η型歐姆接觸層4和ρ型歐姆接觸層3夾置有有源層5，該有源層5可以發(fā)射不同顏色的光，且每個P型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4分別連接有ρ電極11或η電極12，形成正裝結(jié)構(gòu)。其中ρ型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4之間的ρ電極11和η電極12為相互獨立，其中該有源層5發(fā)射的光為紅光、綠光或藍光，或及其組合光，該有源層5為量子阱結(jié)構(gòu)，其材料為InGaN、AlGaN或AlInGaN，或及其組合，或稀土摻雜GaN的材料。
[0033]其中在最上面的ρ型歐姆接觸層3或η型歐姆接觸層4上制作一反射層6，形成倒裝結(jié)構(gòu)。
[0034]其中將所述襯底I和緩沖/成核層2去掉，在ρ型歐姆接觸層3或η型歐姆接觸層4的背面制作ρ電極11或η電極12，形成垂直結(jié)構(gòu)，該垂直結(jié)構(gòu)的電極為柔性電極。
[0035]請參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明還提供一種單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟:
[0036]步驟1:取一藍寶石襯底I ;
[0037]步驟2:在藍寶石襯底I上生長緩沖/成核層2 ;
[0038]步驟3:在緩沖/成核層2上生長多個交替疊加的P型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4，其中每兩個歐姆接觸層之間夾置有有源層5，形成外延片，其中所述有源層5為量子阱結(jié)構(gòu)，其材料為InGaN、AlGaN或AlInGaN，或及其組合，或稀土摻雜GaN的材料，其中該有源層5發(fā)射的光為紅光、綠光或藍光，或及其組合光；
[0039]步驟4:在生長好的外延片的表面的兩側(cè)向下刻蝕，刻蝕深度分別到達ρ型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4內(nèi)，形成臺面；
[0040]步驟5:在ρ型歐姆接觸層3上形成的臺面上制作ρ電極11，在η型歐姆接觸層4上形成的臺面上制作η電極12，形成正裝結(jié)構(gòu)，完成制作。
[0041]其中在最上面的ρ型歐姆接觸層3或η型歐姆接觸層4上制作一反射層6，形成倒裝結(jié)構(gòu)。
[0042]其中將襯底I和緩沖/成核層2去掉，在ρ型歐姆接觸層3或η型歐姆接觸層4的背面制作P電極11或η電極12，形成垂直結(jié)構(gòu)。
[0043]其中ρ型歐姆接觸層3和η型歐姆接觸層4之間的ρ電極11和η電極12為相互獨立。
[0044]本發(fā)明所揭示的單芯片多電極調(diào)控多波長發(fā)光二極管一般用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法制備的半導(dǎo)體材料。當(dāng)然也可以采取其它方法，如氫化物氣相外延(HVPE)分子束外延(MBE)或者同樣有利的外延生長方法生長成這些結(jié)構(gòu)。
[0045]以下的一些附圖均為金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)生長的器件結(jié)構(gòu)的截面圖。每幅附圖均包括一襯底或某一外延層作為參照?？梢赃@樣理解，外延生長法通常是指從襯底表面開