多波长发光二极管及发光模组的制作方法

本发明涉及半导体器件，尤其是涉及一种多波长发光二极管及发光模组。

背景技术：

1、发光二极管（light emitting diode，简为led），可高效地将电能转化为光能，是一种发光器件，在照明、显示器等领域应用广泛。随着技术发展，白光照明中全光谱的需求量增加，在同一芯片上集成多波长可以有效降低全光谱器件制造成本。另外，在微型发光二极管（micro light emitting diode，简称为micro led）的制作中，巨量转移技术是其发展的主要技术瓶颈之一。在同一芯片上集成多波长，可以减轻巨量转移的技术压力，降低micro led产品的制作难度。

2、现有的多波长led的外延技术，在有源区先后生长多波长的量子阱，因为不同波长的发光区带隙对载流子的接受能力有差异，有源区沿n侧至p侧的方向一般呈现阱区带隙从窄到宽的生长顺序。由于带隙较窄的发光区先生长，而带隙越窄的发光区通常in含量越高或阱层越厚，这会导致该发光区与其前后各层之间产生较大的晶格失配，进而产生较大的压电极化场，影响后续发光区的晶体质量和发光效率。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供多波长发光二极管，能够平衡各阱层对载流子的俘获能力，并兼顾缓冲各阱层由于带隙差异所导致的晶格失配，以提升发光效率。

2、本发明的另一目的在于提供一种发光模组。

3、为了实现本发明的上述目的，本发明一方面提供了一种多波长发光二极管，包括：设置于n型半导体层和p型半导体层之间的多量子阱层；

4、定义由所述n型半导体层至所述p型半导体层的方向为第一方向，所述多量子阱层沿所述第一方向包括产生不同波长光的m组发光区，每一发光区至少包括一个阱层和一个垒层，其中，m≥3；

5、所述多量子阱层中最靠近所述n型半导体层的第一发光区的第一阱层具有最高的in浓度或最小的禁带宽度；包含第二阱层和第二垒层的第二发光区设置在所述第一发光区上，其中，所述第二阱层的禁带宽度大于或等于所述第一阱层；包含第三阱层和第三垒层的第三发光区设置在所述第二发光区上，其中所述第三阱层的禁带宽度大于第二阱层；

6、所述多量子阱层还包括一缓冲区；所述缓冲区设置于所述第一发光区和与所述第二发光区之间，或者所述缓冲区设置于所述第二发光区内；所述缓冲区的禁带宽度大于所述第二阱层。

7、在本发明的具体实施方式中，所述缓冲区包括非掺杂gan单层、掺杂gan单层和超晶格结构层中的至少一种；掺杂元素包括in、si、al和mg中的至少一种。

8、进一步地，所述缓冲区包括ingan单层和si掺杂gan单层，所述ingan单层中的in浓度小于或等于所述第二阱层中的in浓度；所述ingan单层中的in浓度大于或等于与所述第三阱层中的in浓度。

9、在本发明的具体实施方式中，所述超晶格结构层，周期数为1～50。进一步地，所述超晶格结构层包括ingan/gan超晶格结构层、ingan/algan超晶格结构层、inalgan/gan超晶格结构层和inalgan/ingan超晶格结构层中的至少一种。

10、在本发明的具体实施方式中，所述多量子阱层的各发光区产生的波长峰值在所述第一方向上逐渐减小。进一步地，各相邻发光区产生的波长峰值的差值δλ≤25nm。

11、在本发明的具体实施方式中，第一发光区阱层的禁带宽度至第m发光区阱层的禁带宽度在所述第一方向上逐渐增加。

12、在本发明的具体实施方式中，第一发光区阱层中的in浓度至第m发光区阱层中的in浓度在所述第一方向上逐渐减小。

13、在本发明的具体实施方式中，所多量子阱层的光谱图在420～480nm之间至少具有三个波峰，包括位于435～447nm之间的第一波峰，位于445～457nm之间的第二波峰，以及位于460～473nm之间的第三波峰；

14、其中，第三波峰的峰值强度最小，第一波峰或第二波峰中的至少一个具有最大的峰值强度，第三波峰的峰值强度与最大峰值强度的比为0.4～0.6；第一波峰的峰值强度与第二波峰的峰值强度之比为0.8～1或者第二波峰的峰值强度与第一波峰的峰值强度之比为0.8～1。

15、在本发明的具体实施方式中，定义各发光区中一个阱层和一个垒层为一个周期，所述第一发光区的周期数量为1～5，所述第二发光区的周期数量为1～5，所述第三发光区的周期数量为1～15。

16、在本发明的具体实施方式中，所述多量子阱层中还包括靠近于所述p型半导体层的第m+1发光区，与所述第m+1发光区相邻且远离所述p型半导体层的发光区为第m发光区，所述第m+1发光区满足如下条件中的至少一个：

17、（1）所述第m+1发光区的阱层的in浓度大于所述第m发光区的阱层的in浓度；

18、（2）所述第m+1发光区的阱层的禁带宽度小于所述第m发光区的阱层的禁带宽度。

19、在本发明的具体实施方式中，所述多量子阱层包括5组发光区，沿所述第一方向分别为第一发光区、第二发光区、第三发光区、第四发光区和第五发光区；满足如下条件中的至少一种：

20、（1）第一发光区、第二发光区、第三发光区、第四发光区和第五发光区的单个阱层的厚度分别为d1、d2、d3、d4和d5，各厚度满足：d2≤d3≤d4≤d1，d4与d5满足：d4＞d5或者d4＜d5或者d4＝d5；

21、（2）第一发光区、第二发光区、第三发光区、第四发光区和第五发光区的单个阱层中in的浓度分别为x1、x2、x3、x4和x5，各浓度满足：x1＞x2＞x3＞x4，x4与x5满足：x4＞x5或者x4＜x5或者x4＝x5；

22、（3）第一发光区、第二发光区、第三发光区、第四发光区和第五发光区的单个阱层的禁带宽度分别为eg1、eg2、eg3、eg4和eg5，各禁带宽度满足：eg1≤eg2＜eg3＜eg4，eg4与eg5满足：eg4＞eg5或者eg4＜eg5或者eg4＝eg5；

23、（4）第一发光区、第二发光区、第三发光区、第四发光区和第五发光区的阱层和垒层的周期结构的个数分别为y1、y2、y3、y4和y5，各周期结构的个数满足：y1≤y2≤y3≤y4，y4≥y5；

24、（5）第一发光区、第二发光区、第三发光区、第四发光区和第五发光区产生的波长峰值分别为λ1、λ2、λ3、λ4和λ5，各波长峰值满足：λ1＞λ2＞λ3＞λ4，λ5＞λ4。

25、本发明另一方面提供了一种发光模组，包括上述任意一种所述的发光二极管和波长转换单元；所述发光二极管产生的光通过所述波长转换单元后混合产生白光。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

27、（1）本发明的发光二极管，通过在第一发光区和第二发光区之间设置缓冲区或者在第二发光区内设置缓冲区，配合其余发光区的参数设置，可较好的平衡各发光区由于带隙不同导致的各阱层对载流子俘获能力的差异，并能够缓解因各发光区的带隙差异导致产生的晶格失配，改善发光区的晶体质量；

28、（2）采用本发明的发光二极管，在配合波长转换材料后，可获得具有高发光效率的发光模组。