專利名稱：白色led芯片及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，尤其涉及一種白色LED芯片及其形成方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管即LED (Light Emitting Diode)，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。 它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量 而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫等色的光。LED根據(jù)發(fā)光顏色的不同，分為單色LED和白光LED。二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)了 超高亮度LED，早期的紅色LED的襯底為不透明材料，發(fā)光效率為l-21umens/Watt (流明/ 瓦)；之后對其進(jìn)行了改進(jìn)，采用透明的襯底；在所有的超高亮度紅色LED中，最好的模型 的效率約為91umens/Watt (流明/瓦)，光譜范圍通常在650nm-640nm，驅(qū)動電流值通常在 30mA-50mA，在1. 5V電壓時發(fā)光灰暗。隨后開發(fā)了在GaP (磷化鎵)襯底上形成的高效率紅 色LED、橙紅色LED以及橙色LED ；之后又開發(fā)了超亮度橙紅色LED、橙色LED、黃色LED。第 一個綠色LED由GaP (磷化鎵)形成，其效率為每瓦數(shù)十流明，最大驅(qū)動電流通常為30mA ； 隨后出現(xiàn)了高效率GaAlP綠色LED，之后出現(xiàn)了 InGaN綠色LED。第一個超亮度寬波帶GaN 藍(lán)色LED在20世紀(jì)90年代由Nichia開發(fā)成功，光譜范圍跨越紫色、藍(lán)色和綠色區(qū)域，波峰 寬度為450nm。第一個超亮度SiC藍(lán)色LED在20世紀(jì)90年代由Cree開發(fā)成功，光譜范圍 非常寬，尤其在淡藍(lán)色(mid-blue)到紫色光譜范圍內(nèi)強(qiáng)度很強(qiáng)，波峰范圍在428-430nm，最 大驅(qū)動電流約為30mA，通常使用10mA。對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這 種LED是將GaN襯底發(fā)藍(lán)光LED芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán) 光(λ ρ = 465nm, Wd = 30nm)，高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出 黃色光發(fā)射，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層， 約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光 混合，可以得到白光?，F(xiàn)在，對于InGaN/YAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào) 節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。在當(dāng)前能源日益短缺的情況下，以日本和歐美等為主的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在城市公 共照明領(lǐng)域進(jìn)行半導(dǎo)體照明的改造工程，同時，我國政府也在倡導(dǎo)要大力發(fā)展LED照明產(chǎn) 業(yè)，全力推進(jìn)半導(dǎo)體照明工程，LED照明的國際、國內(nèi)市場前景巨大。但LED要全面取代傳 統(tǒng)照明，光效的提升是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。白光是一種多顏色的混和光，目前白光LED 的制造方法主要有以下幾種方式第一種方法是將R、G、B三色LED晶片封裝在一起，通 過RGB混光的方式得到白光；第二種是藍(lán)光LED晶片加YAG黃色熒光粉的封裝方式，通 常以450nm-465nm的藍(lán)色光激發(fā)YAG黃色熒光粉產(chǎn)生黃光，該黃光與透過YAG熒光粉而 沒有被吸收的藍(lán)光混合而產(chǎn)生兩波長的白光，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明者為日亞化學(xué)(美國專利 US5998925)；第三種方法是通過紫外光激發(fā)R、G、B三基色熒光粉，從而產(chǎn)生R、G、B三色光 混合的白光(美國專利:US5952681)。
(1)通過LED紅、藍(lán)、黃的三基色多芯片組合發(fā)光合成白光；缺點(diǎn)三基色光衰不同 導(dǎo)致色溫不穩(wěn)定、控制電路較復(fù)雜、成本較高。(2)藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉，由LED藍(lán)光和熒光粉發(fā)出的黃綠光合成白光， 為改變顯色性能還可在其中加少量紅色熒光粉或同時加適量綠色、紅色熒光粉；缺點(diǎn)一 致性差、色溫、角度變化。(3)近紫外光LED芯片激發(fā)熒光粉發(fā)出三基色合成白光。缺點(diǎn)目前LED芯片效 率較低、有紫外光泄漏問題、熒光粉溫度穩(wěn)定性問題有待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種白色LED芯片及其形成方法，以獲得出光均勻、色 調(diào)一致的穩(wěn)定白光。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種白色LED芯片，包括襯底，位于所述襯底上的 第一緩沖層，位于所述第一緩沖層上的第一有源層，位于所述第一有源層上的第一帽層；還 包括第一溝槽，所述第一溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至第一緩沖層， 在所述第一溝 槽內(nèi)具有第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層，且所述第二緩沖層位于所 述襯底上，所述第二有源層位于所述第二緩沖層上，所述第二帽層位于所述第二有源層 上；第二溝槽，所述第二溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至第一緩沖層， 在所述第二溝槽內(nèi)具有第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層，且所述第三緩沖層位于所 述襯底上，所述第三有源層位于所述第三緩沖層上，所述第三帽層位于所述第三有源層 上；其中，所述第一有源層、第二有源層、第三有源層分別選自藍(lán)光有源層、綠光有源 層以及紅光有源層其中之一，且第一有源層、第二有源層、第三有源層分別為不同色彩的有 源層。可選的，所述第一有源層為藍(lán)光有源層，所述第二有源層為綠光有源層，第三有源 層為紅光有源層?？蛇x的，所述第一有源層、第二有源層、第三有源層的有源區(qū)朝向所述白色LED芯 片發(fā)光方向的表面的面積比為6 3 1?？蛇x的，還包括多個微透鏡，分別位于所述第一帽層、第二帽層以及第三帽層上?？蛇x的，還包括第一金屬接觸層，位于所述微透鏡與所述第一帽層之間；第二金屬接觸層，位于所述微透鏡與所述第二帽層之間；第三金屬接觸層，位于所述微透鏡與所述第三帽層之間。可選的，所述襯底為碳化硅襯底；所述第一緩沖層為n-GaN層，所述第二緩沖層為n-GaN層，所述第三緩沖層為 n-AlGalnP 層；所述第一有源層為Ina2Gaa8N多量子阱有源層，所述第二有源層為Ina45Gaa55N多 量子阱有源層，所述第三有源層為InGaAlP多量子阱有源層；所述第一帽層為P-GaN層，所述第二帽層為p_GaN層，所述第三帽層為p-AlGalnP層?？蛇x的，還包括多個正電極，分別位于所述微透鏡的周圍；

散熱層，位于所述碳化硅襯底的背面。本發(fā)明還提供一種形成白色LED芯片的方法，包括提供襯底；在所述襯底上依次形成第一緩沖層、第一有源層和第一帽層；形成第一溝槽，所述第一溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至所述第 一緩沖層；在所述第一溝槽內(nèi)依次形成第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層；形成第二溝槽，所述第二溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至第一緩 沖層；在所述第二溝槽內(nèi)依次形成第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層；其中，所述第一有源層、第二有源層、第三有源層分別選自藍(lán)光有源層、綠光有源 層以及紅光有源層其中之一，且第一有源層、第二有源層、第三有源層分別為不同色彩的有 源層?？蛇x的，所述第一有源層為藍(lán)光有源層，所述第二有源層為綠光有源層，第三有源 層為紅光有源層?？蛇x的，所述第一有源層、第二有源層、第三有源層的有源區(qū)朝向發(fā)光方向的表面 的面積比為6 3 1?？蛇x的，還包括在所述襯底上依次形成第一緩沖層、第一有源層和第一帽層后，在所述第一帽層 上形成第一金屬接觸層?？蛇x的，在形成第一金屬接觸層后，所述形成第一溝槽包括在所述第一金屬接觸層上形成硬掩膜層；在所述硬掩膜層上形成光刻膠層；圖形化所述光刻膠層以及硬掩膜層；以所述圖形化的光刻膠層以及硬掩膜層為掩膜依次蝕刻所述第一帽層、第一有源 層、第一緩沖層，以形成第一溝槽?？蛇x的，還包括在所述第一溝槽內(nèi)形成第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層 后，在所述第二帽層上、第一溝槽內(nèi)形成第二金屬接觸層?？蛇x的，在形成第二金屬接觸層后，所述形成第二溝槽包括在所述第一金屬接觸層和第二金屬接觸層上形成硬掩膜層；在所述硬掩膜層上形成光刻膠層；圖形化所述光刻膠層以及硬掩膜層；以圖形化的光刻膠層以及硬掩膜層為掩膜蝕刻所述第一帽層、第一有源層、第一 緩沖層，以形成第二溝槽?？蛇x的，還包括在所述第二溝槽內(nèi)形成第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層 后，在所述第三帽層上、第二溝槽內(nèi)形成第三金屬接觸層?？蛇x的，還包括形成多個微透鏡，分別位于所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層以及第三金屬接觸層上?？蛇x的 ，所述形成微透鏡包括在所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層和第三金屬接觸層上光刻形成多個光刻 膠圓形臺；在溫度為150°C 200°C范圍內(nèi)，對所述光刻膠圓形臺烘烤，使所述光刻膠圓形臺 變?yōu)榍蚬跔罟饪棠z；以所述球冠狀光刻膠為掩膜，離子束刻蝕所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層 和第三金屬接觸層形成多個微透鏡?？蛇x的，所述襯底為碳化硅襯底；所述第一緩沖層為n-GaN層，所述第二緩沖層為n-GaN層，所述第三緩沖層為 n-AlGalnP 層；所述第一有源層為Ina2Gaa8N多量子阱有源層，所述第二有源層為Ina45Gaa55N多 量子阱有源層，所述第三有源層為InGaAlP多量子阱有源層；所述第一帽層為P-GaN層，所述第二帽層為p_GaN層，所述第三帽層為p-AlGalnP層?？蛇x的，還包括形成多個正電極，分別位于所述微透鏡的周圍；在位于所述碳化硅襯底的背面形成散熱層?？蛇x的，所述形成多個正電極包括在所述微透鏡以及金屬接觸層組成的表面上形成導(dǎo)電層；光刻、刻蝕圖形化所述導(dǎo)電層形成多個正電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)通過在單色LED芯片內(nèi)形成第一溝槽和第二溝槽，在第一溝槽和第二溝槽內(nèi)分別 形成另兩種單色的LED芯片，在控制LED芯片發(fā)光時，可以同時使一個LED芯片發(fā)出紅、綠 和藍(lán)三種顏色光，在三種顏色光混合后可以發(fā)出白光；并且相對于現(xiàn)有技術(shù)中分別控制三 片芯片，本發(fā)明由于是對同一芯片的控制，因此控制簡單。而且，在本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，優(yōu)化有源區(qū)的面積，藍(lán)光的有源區(qū)、綠光的有 源區(qū)和紅光的有源區(qū)的面積比為6 3 1，通過控制LED芯片可以使其發(fā)出出光均勻、色
調(diào)一致的穩(wěn)定白光。


圖1是本發(fā)明第一具體實(shí)施例的白色LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成白色LED芯片的流程圖；圖3a 圖3h是本發(fā)明具體實(shí)施例的形成白色LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明第二具體實(shí)施例的白色LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體實(shí)施方式
的白色LED芯片以及其形成方法，通過在單色LED芯片內(nèi)形 成第一溝槽和第二溝槽，在第一溝槽和第二溝槽內(nèi)分別形成另兩種單色的LED芯片，在控 制LED芯片發(fā)光時，可以同時使一個LED芯片同時發(fā)出紅、綠和藍(lán)三種顏色光，在三種顏色光混合后可以發(fā)出白光，并且由于是對同一芯片的控制因此控制簡單。而且，在本發(fā)明的一 具體實(shí)施例中，優(yōu)化有源區(qū)的面積，藍(lán)光的有源區(qū)、綠光的有源區(qū)和紅光的有源區(qū)的面積比 為6 3 1，通過控制LED芯片可以使其發(fā)出出光均勻、色調(diào)一致的穩(wěn)定白光。為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明的精神，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本 發(fā)明的具體實(shí)施例。

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例的白色LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，參考圖1，本發(fā)明的 白色LED芯片，包括襯底10，位于所述襯底10上的第一緩沖層11，位于所述第一緩沖層11 上的第一有源層12，位于所述第一有源層12上的第一帽層13 ；還包括第一溝槽14，所述 第一溝槽14分別穿過所述第一帽層13、第一有源層12延伸至第一緩沖層11，在所述第一 溝槽14內(nèi)具有第二緩沖層141、第二有源層142以及第二帽層143，且所述第二緩沖層141 位于所述襯底10上，所述第二有源層142位于所述第二緩沖層141上，所述第二帽層143 位于所述第二有源層142上；第二溝槽15，所述第二溝槽15分別穿過所述第一帽層13、第 一有源層12延伸至第一緩沖層11，在所述第二溝槽15內(nèi)具有第三緩沖層151、第三有源層 152以及第三帽層153，且所述第三緩沖層151位于所述襯底10上，所述第三有源層152位 于所述第三緩沖層151上，所述第三帽層153位于所述第三有源層152上；其中，所述第一 有源層12、第二有源層142、第三有源層152分別選自藍(lán)光有源層、綠光有源層以及紅光有 源層其中之一，且第一有源層12、第二有源層142、第三有源層152分別為不同色彩的有源 層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述襯底10為碳化硅襯底；所述第一緩沖層11為 n-GaN層，所述第二緩沖層141為η-GaN層，所述第三緩沖層151為n-AlGalnP層；所述第 一有源層12為Ina2Gaa8N多量子阱有源層，為藍(lán)光有源層，發(fā)射的藍(lán)光的波長為470nm，在 其他實(shí)施例中，也可以為單量子阱有源層以及本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他有源層；所述第 二有源層142為Ina45Gaa55N多量子阱有源層，為綠光有源層，發(fā)射的綠光的波長為525nm， 在其他實(shí)施例中，也可以為單量子阱有源層以及本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他有源層；所述 第三有源層152為InGaAlP多量子阱有源層，為紅光有源層，發(fā)射的紅光的波長為610nm， 在其他實(shí)施例中，也可以為單量子阱有源層以及本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他有源層；所述 第一帽層13為P-GaN(P-Alai8Gaa82N)層，所述第二帽層143為ρ-GaN層，所述第三帽層153 為 P-AlGaInP 層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，所述第一有源層12、第二有源層142、第三有源層152 的有源區(qū)朝向白色LED芯片發(fā)光方向的表面的面積比為6 3 1，通過這樣的比例，即藍(lán) 光的發(fā)光面積、綠光的發(fā)光面積、紅光的發(fā)光面積比為6 3 1，圖示中僅是示例，并沒有 嚴(yán)格按照比例示意藍(lán)光的發(fā)光面積、綠光的發(fā)光面積、紅光的發(fā)光面積，這樣可以優(yōu)化三種 顏色光的發(fā)光面積，通過控制LED芯片使本發(fā)明的白色LED芯片發(fā)光時，可以使其發(fā)出出光 均勻、色調(diào)一致的穩(wěn)定白光。在圖1所示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，本發(fā)明的白色LED芯片還包括多個微透鏡 16，分別位于所述第一帽層13、第二帽層143以及第三帽層153上；還包括正電極17和負(fù) 電極18，所述負(fù)電極18為一層電極，位于所述襯底10的背面上，該負(fù)電極18還起反射層作 用，還可以起到散熱作用，即負(fù)電極18也為散熱層，發(fā)射至負(fù)電極上的光線可以由負(fù)電極 反射后經(jīng)芯片表面發(fā)出；所述正電極17為多個，分別位于所述微透鏡16的周圍；所述正電極17所用的金屬為Ni或者Au，所述負(fù)電極18所用的金屬材料為Ti或Al或Au。還包括 第一金屬接觸層19，位于所述微透鏡16與所述第一帽層13之間，第二金屬接觸層144，位 于所述微透鏡16與所述第二帽層143之間；第三金屬接觸層154，位于所述微透鏡16與所 述第三帽層153之間。所述第一金屬接觸層19和第二金屬接觸層144材料為p-GaN，所述 第三金屬接觸層154的材料為P-AlGaInP,所述微透鏡16材料與其接觸的金屬接觸層的材 料相同，也就是說，位于第一金屬接觸層19上的微透鏡的材料與第一金屬接觸層的材料相 同，位于第二金屬接觸層144上的微透鏡的材料與第二金屬接觸層的材料相同，位于第三 金屬接觸層154上的微透鏡的材料與第三金屬接觸層的材料相同。在本發(fā)明的該具體實(shí)施例中，所述第一有源層12為藍(lán)光有源層，所述第二有源層 142為綠光有源層，第三有源層152為紅光有源層。在其他實(shí)施例中，也可以為第一有源層 12為綠光有源層，所述第二有源層142為藍(lán)光有源層，第三有源層152為紅光有源層，可以 為其他組合方式，在此不一一詳述。所述襯底也可以使用藍(lán)寶石襯底。需要說明的是，如果 襯底為藍(lán)寶石襯底，由于藍(lán)寶石不導(dǎo)電，負(fù)電極必須與緩沖層接觸，此為本領(lǐng)域公知常識， 此不做詳細(xì)說明。以上所述為本發(fā)明一具體實(shí)施例的白色LED芯片，本發(fā)明的其他具體實(shí)施例中， 參考圖4，正電極可以直接形成在第一帽層、第二帽層以及第三帽層上，沒有微透鏡層和金 屬接觸層。也可以為，正電極直接形成在金屬接觸層上，沒有微透鏡層。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的形成白色LED芯片的流程圖，參考圖2，本發(fā)明具體 實(shí)施方式的形成 白色LED芯片的方法，包括步驟Si，提供襯底；步驟S2，在所述襯底上依次形成第一緩沖層、第一有源層和第一帽層；步驟S3，形成第一溝槽，所述第一溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至 第一緩沖層；步驟S4，在所述第一溝槽內(nèi)依次形成第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層，且所 述第二緩沖層位于所述襯底上，所述第二有源層位于所述第二緩沖層上，所述第二帽層位 于所述第二有源層上；步驟S5，形成第二溝槽，所述第二溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至 第一緩沖層；步驟S6，在所述第二溝槽內(nèi)依次形成第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層，且所 述第三緩沖層位于所述襯底上，所述第三有源層位于所述第三緩沖層上，所述第三帽層位 于所述第三有源層上。下面結(jié)合圖3a 圖3h詳細(xì)說明本發(fā)明具體實(shí)施例的形成白色LED芯片的方法。結(jié)合參考圖2和圖3a，執(zhí)行步驟Si，提供襯底10 襯底10可以為碳化硅(SiC)襯 底，藍(lán)寶石襯底(Al2O3),在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，采用碳化硅(SiC)襯底。結(jié)合參考圖2和圖3b，執(zhí)行步驟S2，在所述襯底10上依次形成第一緩沖層11、第 一有源層12和第一帽層13 利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD形成第一緩沖層11，第一 緩沖層11的材料為Ii-GaN(Ii-Alaci9Gaa91N)；之后利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD形成 第一有源層12，材料為Ina2Gaa8N,為藍(lán)光有源層，發(fā)射的藍(lán)光的波長為470nm，其為多量子 阱有源層，也可以為單量子阱有源層以及其他有源層；然后，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD形成第一帽層13，第一帽層13的材料為P-GaN(P-Alai8Gaa82N)。本發(fā)明中，形成第一 緩沖層，第一有源層以及第一帽層的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，在此不做詳細(xì)說 明。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，在形成第一帽層13之后還包括形成第一金屬接觸 層19，第一金屬接觸層19形成于第一帽層13上，其形成方法為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積 M0CVD，其材料為P-GaN(P-Alatl9Gaa91N)，該形成第一金屬接觸層的方法為本領(lǐng)域公知常識， 在此不做詳細(xì)說明。 結(jié)合參考圖2和圖3c，執(zhí)行步驟S3，形成第一溝槽，所述第一溝槽分別穿過所述第 一金屬接觸層19、第一帽層13、第一有源層12延伸至第一緩沖層11，具體為在本發(fā)明在 所述第一金屬接觸層19上形成硬掩膜層20，該硬掩膜層20可以為氧化硅層，其形成方法為 化學(xué)氣相沉積CVD ；在所述硬掩膜層20上形成光刻膠層(圖中未示)；圖形化所述光刻膠層 以及硬掩膜層，在硬掩膜層以及光刻膠層上形成第一開口 201 ；以圖形化的光刻膠層以及 硬掩膜層20為掩膜依次蝕刻第一金屬接觸層19、第一帽層13、第一有源層12、第一緩沖層 13形成第一溝槽14，蝕刻方法為濕法刻蝕，其為本領(lǐng)域公知常識。執(zhí)行完步驟S3，形成第一溝槽14后，結(jié)合參考圖2和圖3d，執(zhí)行步驟S4，在所述 第一溝槽14內(nèi)依次形成第二緩沖層141、第二有源層142以及第二帽層143，且所述第二緩 沖層141位于所述襯底10上，所述第二有源層142位于所述第二緩沖層141上，所述第二 帽層143位于所述第二有源層142上，具體為利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD在第 一溝槽14的底部上形成第二緩沖層141，第二緩沖層141的材料為n-GaN ；之后利用金屬 有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD在第二緩沖層141上形成第二有源層142，材料為Ina45Gaa55N, 為綠光有源層，發(fā)射的綠光的波長為525·，其為多量子阱有源層，也可以為單量子阱有 源層以及其他有源層；然后，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD在第二有源層142上形 成第二帽層143，第二帽層143的材料為p-GaN。本發(fā)明中，形成第二緩沖層，第二有源層 以及第二帽層的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，在此不做詳細(xì)說明。并且，在本發(fā)明 的具體實(shí)施例中，第一緩沖層與第二緩沖層的厚度相同，第一有源層與第二有源層的厚度 相同，第一帽層與第二帽層的厚度相同。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，在第二帽層143上還 形成有第二金屬接觸層144，其形成方法也為金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積M0CVD，其材料為 p-GaN (p-Al0 09Ga0 91N)。需要說明的是，在形成第二緩沖層、第二帽層以及第二有源層后，去除硬掩膜層 20，或者在形成第一溝槽后，去除硬掩膜層20執(zhí)行步驟S4，在所述第一溝槽14內(nèi)依次形成第二緩沖層141、第二有源層142以 及第二帽層143后，結(jié)合參考圖2和圖3e，執(zhí)行步驟S5，形成第二溝槽15，所述第二溝槽15 分別穿過所述第一帽層13、第一有源層12延伸至第一緩沖層11，具體為在所述第一金屬 接觸層19和第二金屬接觸層144上形成硬掩膜層21 ；在所述硬掩膜層21上形成光刻膠層 (圖中未示)；利用光刻、刻蝕工藝，圖形化所述光刻膠層以及硬掩膜層21，在所述光刻膠層 以及硬掩膜層上形成第二開口 211 ；以圖形化的光刻膠層以及硬掩膜層21為掩膜依次蝕刻 第一金屬接觸層19、第一帽層13、第一有源層12、第一緩沖層13形成第二溝槽15。執(zhí)行完步驟S5，形成第二溝槽15后，結(jié)合參考圖2和圖3f，執(zhí)行步驟S6，在所述 第二溝槽15內(nèi)依次形成第三緩沖層151、第三有源層152以及第三帽層153，且所述第三緩沖層151位于所 述襯底10上，所述第三有源層152位于所述第三緩沖層151上，所述第三 帽層153位于所述第三有源層152上，具體為利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD在第二 溝槽15的底部上形成第三緩沖層151，第三緩沖層151的材料為n-AlGalnP ；之后利用金屬 有機(jī)物化學(xué)氣相沉積MOCVD在第三緩沖層151上形成第三有源層152，材料為InGaAlP (銦 鎵鋁磷)，為紅光有源層，發(fā)射的紅光的波長為610nm，其為多量子阱有源層，也可以為本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的單量子阱有源層以及其他有源層；然后，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積 MOCVD在第三有源層152上形成第三帽層153，第三帽層153的材料為p-AlGalnP。本發(fā)明 中，形成第三緩沖層，第三有源層以及第三帽層的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，在此 不做詳細(xì)說明。并且，在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，第一緩沖層與第三緩沖層的厚度相同，第 一有源層與第三有源層的厚度相同，第一帽層與第三帽層的厚度相同。在本發(fā)明的具體實(shí) 施例中，在第三帽層153上還形成有第三金屬接觸層154，其形成方法也為金屬有機(jī)物化學(xué) 氣相沉積M0CVD，其材料為p-AlGalnP。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，參考圖3g，還包括形成微透鏡16，在所述第一金屬接 觸層19、第二金屬接觸層144和第三金屬接觸層154上光刻形成多個厚度為2 4μπι，直 徑為50 200 μ m的光刻膠圓形臺；在溫度為150°C 200°C范圍內(nèi)，對所述光刻膠圓形臺 烘烤，使所述光刻膠圓形臺變?yōu)榍蚬跔罟饪棠z；以所述球冠狀光刻膠為掩膜，離子束刻蝕所 述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層和第三金屬接觸層形成多個微透鏡16，具體為以所 述球冠狀光刻膠為掩膜，對所述球冠狀光刻膠與所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層、第 三金屬接觸層進(jìn)行保形刻蝕，即對光刻膠與第一金屬接觸層、第二金屬接觸層、第三金屬接 觸層的刻蝕速率基本相同，因此在第一金屬接觸層、第二金屬接觸層、第三金屬接觸層上形 成與球冠狀光刻膠基本相同的微透鏡。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，第一金屬接觸層、第二金 屬接觸層和第三金屬接觸層的材料相同，可以同時對第一金屬接觸層、第二金屬接觸層和 第三金屬接觸層進(jìn)行離子束刻蝕。在其他實(shí)施例中，如果第一金屬接觸層、第二金屬接觸層 和第三金屬接觸層材料不同，可以分別對第一金屬接觸層、第二金屬接觸層和第三金屬接 觸層進(jìn)行離子束刻蝕。在形成微透鏡16后，需要形成LED芯片的電極，參考圖3h，分別包括形成正電極 17和負(fù)電極18，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，襯底為碳化硅SiC襯底，由于碳化硅可以導(dǎo)電，負(fù) 電極18為一層電極，形成于襯底10的背面。形成正電極17的具體步驟包括在所述第一金 屬接觸層19、第二金屬接觸層144、第三金屬接觸層154以及微透鏡的表面上沉積導(dǎo)電層； 經(jīng)光刻、刻蝕圖形化所述導(dǎo)電層形成正電極17，正電極17分別位于微透鏡的四周。所述正 電極17所用的金屬為M或者Au，所述負(fù)電極18所用的金屬材料為Ti或Al或Au，負(fù)電極 18同時也起散熱的作用，為散熱層，另外還可以起反射作用。圖4為本發(fā)明第二具體實(shí)施例的白色LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該第二具體實(shí) 施例的單色LED芯片與第一具體實(shí)施例的單色LED芯片的不同在于不包括微透鏡以及金 屬接觸層。由于不包括微透鏡以及金屬接觸層，因此形成溝槽以及正電極的步驟與第一具 體實(shí)施例不同。所述形成第一溝槽包括在所述第一帽層13上形成硬掩膜層；在所述硬掩 膜層上形成光刻膠層；圖形化所述光刻膠層，以圖形化的光刻膠層為掩膜，刻蝕硬掩膜層， 圖形化所述硬掩膜層，以圖形化的光刻膠層和硬掩膜層為掩膜依次刻蝕所述第一帽層13、 第一有源層12和第一緩沖層11形成第一溝槽14。所述形成第二溝槽15包括在所述第一帽層13和第二帽層142上形成光刻膠層；圖形化所述光刻膠層，以圖形化的光刻膠層為 掩膜，刻蝕硬掩膜層，圖形化所述硬掩膜層，以圖形化的光刻膠層和硬掩膜層為掩膜依次刻 蝕所述第一帽層13、第一有源層12和第一緩沖層11形成所述第二溝槽15。 需要說明的是，本發(fā)明具體實(shí)施例中，形成第一溝槽以及第二溝槽的蝕刻方法濕 法刻蝕，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以為利用等離子刻蝕形成第一溝槽以及第二溝槽， 此為本領(lǐng)域公知常識，此不做詳細(xì)描述。本發(fā)明具體實(shí)施例的白色LED芯片以及其形成方法，通過在單色LED芯片內(nèi)形成 第一溝槽和第二溝槽，在第一溝槽和第二溝槽內(nèi)分別形成另兩種單色的LED芯片，在控制 LED芯片發(fā)光時，可以同時使一個LED芯片同時發(fā)出紅、綠和藍(lán)三種顏色光，在三種顏色光 混合后可以發(fā)出白光，并且由于是對同一芯片的控制因此控制簡單。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明 的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種白色LED芯片，其特征在于，包括襯底，位于所述襯底上的第一緩沖層，位于所 述第一緩沖層上的第一有源層，位于所述第一有源層上的第一帽層；還包括第一溝槽，所述第一溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至第一緩沖層，在所 述第一溝槽內(nèi)具有第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層，且所述第二緩沖層位于所述襯 底上，所述第二有源層位于所述第二緩沖層上，所述第二帽層位于所述第二有源層上；第二溝槽，所述第二溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至第一緩沖層，在所 述第二溝槽內(nèi)具有第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層，且所述第三緩沖層位于所述襯 底上，所述第三有源層位于所述第三緩沖層上，所述第三帽層位于所述第三有源層上；其中，所述第一有源層、第二有源層、第三有源層分別選自藍(lán)光有源層、綠光有源層以 及紅光有源層其中之一，且第一有源層、第二有源層、第三有源層分別為不同色彩的有源 層。
2.如權(quán)利要求1所述的白色LED芯片，其特征在于，所述第一有源層為藍(lán)光有源層，所 述第二有源層為綠光有源層，第三有源層為紅光有源層。
3.如權(quán)利要求2所述的白色LED芯片，其特征在于，所述第一有源層、第二有源層、第三 有源層的有源區(qū)朝向所述白色LED芯片發(fā)光方向的表面的面積比為6 3 1。
4.如權(quán)利要求1 3任一項(xiàng)所述的白色LED芯片，其特征在于，還包括多個微透鏡，分 別位于所述第一帽層、第二帽層以及第三帽層上。
5.如權(quán)利要求4所述的白色LED芯片，其特征在于，還包括第一金屬接觸層，位于所述 微透鏡與所述第一帽層之間；第二金屬接觸層，位于所述微透鏡與所述第二帽層之間； 第三金屬接觸層，位于所述微透鏡與所述第三帽層之間。
6.如權(quán)利要求5所述的白色LED芯片，其特征在于，所述襯底為碳化硅襯底；所述第一緩沖層為n-GaN層，所述第二緩沖層為n-GaN層，所述第三緩沖層為 n-AlGalnP 層；所述第一有源層為Ina2Giia8N多量子阱有源層，所述第二有源層為Mtl 45Giia55N多量子 阱有源層，所述第三有源層為MGaAlP多量子阱有源層；所述第一帽層為P-GaN層，所述第二帽層為P-GaN層，所述第三帽層為p-AWalnP層。
7.如權(quán)利要求6所述的白色LED芯片，其特征在于，還包括多個正電極，分別位于所 述微透鏡的周圍；散熱層，位于所述碳化硅襯底的背面。
8.一種形成白色LED芯片的方法，其特征在于包括 提供襯底；在所述襯底上依次形成第一緩沖層、第一有源層和第一帽層； 形成第一溝槽，所述第一溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至所述第一緩 沖層；在所述第一溝槽內(nèi)依次形成第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層；形成第二溝槽，所述第二溝槽分別穿過所述第一帽層、第一有源層延伸至第一緩沖層；在所述第二溝槽內(nèi)依次形成第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層；其中，所述第一有源層、第二有源層、第三有源層分別選自藍(lán)光有源層、綠光有源層以 及紅光有源層其中之一，且第一有源層、第二有源層、第三有源層分別為不同色彩的有源層。
9.如權(quán)利要求8所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述第一有源層為藍(lán)光 有源層，所述第二有源層為綠光有源層，第三有源層為紅光有源層。
10.如權(quán)利要求8所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述第一有源層、第二 有源層、第三有源層的有源區(qū)朝向白色LED芯片發(fā)光方向的表面的面積比為6 3 1。
11.如權(quán)利要求8 10任一項(xiàng)所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，還包括 在所述襯底上依次形成第一緩沖層、第一有源層和第一帽層后，在所述第一帽層上形成第一金屬接觸層。
12.如權(quán)利要求11所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，在形成第一金屬接觸 層后，所述形成第一溝槽包括在所述第一金屬接觸層上形成硬掩膜層； 在所述硬掩膜層上形成光刻膠層； 圖形化所述光刻膠層以及硬掩膜層；以所述圖形化的光刻膠層以及硬掩膜層為掩膜依次蝕刻所述第一金屬接觸層、第一帽 層、第一有源層、第一緩沖層，以形成第一溝槽。
13.如權(quán)利要求12所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，還包括在所述第一 溝槽內(nèi)形成第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層后，在所述第二帽層上、第一溝槽內(nèi)形成 第二金屬接觸層。
14.如權(quán)利要求13所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，在形成第二金屬接觸 層后，所述形成第二溝槽包括在所述第一金屬接觸層和第二金屬接觸層上形成硬掩膜層； 在所述硬掩膜層上形成光刻膠層； 圖形化所述光刻膠層以及硬掩膜層；以圖形化的光刻膠層以及硬掩膜層為掩膜蝕刻所述第一金屬接觸層、第一帽層、第一 有源層、第一緩沖層，以形成第二溝槽。
15.如權(quán)利要求14所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，還包括在所述第二 溝槽內(nèi)形成第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層后，在所述第三帽層上、第二溝槽內(nèi)形成 第三金屬接觸層。
16.如權(quán)利要求15所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，還包括形成多個微透 鏡，分別位于所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層以及第三金屬接觸層上。
17.如權(quán)利要求16所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述形成微透鏡包括在所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層和第三金屬接觸層上光刻形成多個光刻膠圓 形臺；在溫度為150°C 200°C范圍內(nèi)，對所述光刻膠圓形臺烘烤，使所述光刻膠圓形臺變?yōu)?球冠狀光刻膠；以所述球冠狀光刻膠為掩膜，離子束刻蝕所述第一金屬接觸層、第二金屬接觸層和第三金屬接觸層形成多個微透鏡。
18.如權(quán)利要求17所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述襯底為碳化硅襯底；所述第一緩沖層為n-GaN層，所述第二緩沖層為n-GaN層，所述第三緩沖層為 n-AlGalnP 層；所述第一有源層為Ina2Giia8N多量子阱有源層，所述第二有源層為Mtl 45Giia55N多量子 阱有源層，所述第三有源層為MGaAlP多量子阱有源層；所述第一帽層為P-GaN層，所述第二帽層為P-GaN層，所述第三帽層為p-AWalnP層。
19.如權(quán)利要求18所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，還包括 形成多個正電極，分別位于所述微透鏡的周圍；在位于所述碳化硅襯底的背面形成散熱層。
20.如權(quán)利要求19所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述形成多個正電極 包括在所述微透鏡以及金屬接觸層組成的表面上形成導(dǎo)電層； 光刻、刻蝕圖形化所述導(dǎo)電層形成多個正電極。
全文摘要
一種白色LED芯片及其形成方法，白色LED芯片，包括襯底，位于襯底上的第一緩沖層，位于第一緩沖層上的第一有源層，位于第一有源層上的第一帽層；第一溝槽，第一溝槽分別穿過第一緩沖層、第一有源層延伸至第一帽層，在第一溝槽內(nèi)具有第二緩沖層、第二有源層以及第二帽層，且第二緩沖層位于襯底上，第二有源層位于第二緩沖層上，第二帽層位于第二有源層上；第二溝槽，第二溝槽分別穿過第一緩沖層、第一有源層延伸至第一帽層，在第二溝槽內(nèi)具有第三緩沖層、第三有源層以及第三帽層，且第三緩沖層位于襯底上，第三有源層位于第三緩沖層上，第三帽層位于第三有源層上。使一個LED芯片同時發(fā)出紅、綠和藍(lán)三種顏色光，在三種顏色光混合后可以發(fā)出白光。
文檔編號H01L33/00GK102130143SQ20101050378
公開日2011年7月20日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者張汝京, 肖德元 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司