單芯片多電極調控多波長發光二極管結構及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體照明技術領域、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術領域，尤其涉及一種單芯片多電極調控多波長發光二極管結構及制備方法。
【背景技術】
[0002]目前II1-V族半導體光電材料被譽為第三代半導體材料。而氮化鎵系發光二極管，由于可以通過控制材料的組成來制作出各種色光的發光二極管(簡稱為“LED”)，而成為業界研宄的重點。
[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液晶顯示器的構造是在兩片平行的玻璃當中放置液態的晶體(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，使氣體產生等離子效應，放出紫外線，激發熒光粉而產生可見光，利用激發時間的長短來產生不同的亮度。顯示屏中，每個像素都是由三個不同顏色(三基色)的等離子發光體所產生。由于每個像素都有自己獨立的發光體，所以特別清晰鮮明。由于其技術特點，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，等離子的發熱也較大。
[0008]OLED 顯示器:
[0009]0LED，直譯過來是“有機發光二極管”，其結構類似于傳統LED，但是它是通過電流驅動有機薄膜本身來發光，OLED可以做得更薄，可使用不同的材質，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，不能實現大尺寸屏幕的量產，還存在存在色彩純度不夠的問題。
[0010]LED 顯示器:
[0011]嚴格意義上的LED顯示器，是指直接以LED (發光二極管)組成陣列，發光二極管直接作為像素發光元件，發出紅，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”，其原理只是將傳統液晶顯示器的背光源由CCFL冷光燈管變換成LED (發光二極管)而已。
[0012]LED顯示器與其它顯示器相比具驅動電壓低、耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等優點。
[0013]氮化鎵基白光發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所產生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長或三波長白光，此項元件技術稱之為熒光粉轉換白光LED。第二類則為多芯片型白光LED，經由組合兩種(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型構裝方式，演色性最佳，但每一個芯片都需要獨立的驅動電路，因此控制電路比較復雜，成本較高；多芯片型白光LED則具有技術最成熟且成本低廉之優勢，但色偏、演色性不佳，須以適當紅、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，最嚴重者為日亞化學專利限制難以規避。
【發明內容】
[0014]本發明的目的在于，提供一種單芯片多波長發光LED結構及制備方法，本發明可以解決LED單芯片多波長發光的問題，具有工藝簡單，驅動電路簡單，無需熒光粉，壽命長，色域廣，具有較高的光電轉化效率，并且可采用柔性襯底，在白光照明、全色顯示和光調控領域可以發揮重要作用。
[0015]本發明提供一種單芯片多電極調控多波長發光二極管結構，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，形成正裝結構。
[0019]本發明還提供一種單芯片多電極調控多波長發光二極管結構的制備方法，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，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，形成正裝結構，完成制作。
[0025]本發明的有益效果是，具有工藝簡單，驅動電路簡單，無需熒光粉，壽命長，色域廣，具有較高的光電轉化效率，并且可采用柔性襯底，在白光照明、全色顯示和光調控領域可以發揮重要作用。
【附圖說明】
[0026]為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如后，其中:
[0027]圖1是本發明中單芯片多電極調控多波長發光二極管結構示意圖，該圖為LED正裝結構的截面圖，加虛線后為倒裝結構的截面圖。
[0028]圖2是本發明中單芯片多電極調控多波長發光二極管結構示意圖，該圖為LED垂直結構的截面圖。
【具體實施方式】
[0029]請參閱圖1-圖2所示，本發明一種單芯片多電極調控多波長發光二極管結構，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，形成正裝結構。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為量子阱結構，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，形成倒裝結構。
[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，形成垂直結構，該垂直結構的電極為柔性電極。
[0035]請參閱圖1及圖2所示，本發明還提供一種單芯片多電極調控多波長發光二極管結構的制備方法，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為量子阱結構，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，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，形成正裝結構，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，形成倒裝結構。
[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，形成垂直結構。
[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]本發明所揭示的單芯片多電極調控多波長發光二極管一般用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法制備的半導體材料。當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構。
[0045]以下的一些附圖均為金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術生長的器件結構的截面圖。每幅附圖均包括一襯底或某一外延層作為參照。可以這樣理解，外延生長法通常是指從襯底表面開