專利名稱：單芯片白光led及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的結(jié)構(gòu)及其制作方法，屬于發(fā)光二極管 (LED)制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，LED實現(xiàn)白光的方法主要有三種1、通過LED紅綠藍(lán)的三基色多芯片組合發(fā) 光合成白光；其優(yōu)點是效率高、色溫可控、顯色性較好，不足是三基色光衰不同導(dǎo)致色溫不 穩(wěn)定，封裝固晶打線較為復(fù)雜，且紅、綠、藍(lán)三基色芯片所需驅(qū)動電壓不同，需在每個LED芯 片上加不同的驅(qū)動電流調(diào)整顏色及亮度，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；為改善顯色性能還可以在其中 加少量紅色熒光粉或同時加適量綠色、紅色熒光粉；其優(yōu)點是效率高、制備簡單、溫度穩(wěn)定 性較好、顯色性較好；其不足之處是一致性差、色溫隨角度變化，黃色熒光粉精準(zhǔn)定量控制 不易，造成光色偏藍(lán)或偏黃現(xiàn)象；3、紫外光LED芯片激發(fā)熒光粉發(fā)出三基色合成白光；其優(yōu) 點為顯色性好、制備簡單；其不足在于目前LED芯片效率較低，有紫外光泄漏問題，熒光粉 存在溫度不穩(wěn)定等問題。一般白光LED制造方法，其一為藍(lán)光LED晶粒加YAG黃色熒光粉， 白光波長只有兩波長，只適用于指示之用，無法用于真正照明；另一種制造方式以紫外光激 發(fā)三基色熒光粉，產(chǎn)生三波長的白光，如申請?zhí)?2124450. 2的《三波長白光發(fā)光二極管的 制造方法》就是選擇波長430-480nm波段藍(lán)光LED晶粒，于晶粒上涂覆紅、綠熒光體，以藍(lán)色 光激發(fā)紅、綠熒光體，而產(chǎn)生紅、藍(lán)、綠三波長的白色光。目前因紫外光LED晶粒的衰減時間 快，并且尚無紫外光封裝專用的透明樹脂，使用壽命與品質(zhì)都降低不少。中國專利文獻(xiàn)CNlO 1771028A公開了一種《一種白光LED芯片及其制造方法》，包括 構(gòu)成順次構(gòu)成層疊結(jié)構(gòu)的第一類型LED芯片、第二類型LED芯片、及第三類型LED芯片；所 述第一類型LED芯片、所述第二類型LED芯片、及所述第三類型LED芯片均包括間隔排列的 基本發(fā)光單元與環(huán)氧樹脂透鏡。該白光LED芯片的制造方法，包括分別制作包括間隔排列 的基本發(fā)光單元與環(huán)氧樹脂透鏡的第一類型LED芯片、所述第二類型LED芯片、及所述第三 類型LED芯片，并將上述三者鍵合以構(gòu)成層疊結(jié)構(gòu)的步驟。上述《一種白光LED芯片及其制造方法》是利用三種類型的芯片層疊，相當(dāng)于將三 種類型芯片串聯(lián)，三種芯片各自有各自的上下電極和襯底，是三個獨立的芯片；三種顏色的 光在環(huán)氧樹脂透鏡內(nèi)逐步收集最后混合為白光，利用環(huán)氧樹脂透鏡聚光混光，與將三種顏 色的芯片封裝在同一環(huán)氧樹脂內(nèi)相似，封裝工藝相對繁瑣復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有白光LED制作方法存在的問題，提供一種穩(wěn)定性好、壽命長、體積 小的單芯片白光LED，同時提供一種該單芯片白光LED的制備方法。本發(fā)明的單芯片白光LED采用以下技術(shù)方案該單芯片白光LED包括紅光LED芯片、藍(lán)光LED芯片和綠光LED芯片，去除襯底的藍(lán)光LED芯片的外延層與去除襯底的紅光LED芯片的外延層相對粘接在一起，綠光LED芯 片的外延層與藍(lán)光LED外延層的底部相對粘接在一起，紅光LED外延層上設(shè)有P電極，綠光 LED芯片的襯底底部設(shè)有N電極。在制作的單芯片白光LED的P電極和N電極間加電流、電 壓，三波長的光混合就會產(chǎn)生白光。上述單芯片白光LED的制備方法，包括以下步驟(1)按藍(lán)光LED芯片常規(guī)MOCVD外延生長方法在藍(lán)光LED芯片襯底上生長藍(lán)光LED 外延層，制備出藍(lán)光LED芯片結(jié)構(gòu)；(2)按紅光LED芯片常規(guī)MOCVD外延生長方法在P型GaAs襯底上制備紅光LED外 延層，制備出紅光LED芯片結(jié)構(gòu)；(3)按綠光LED芯片常規(guī)MOCVD外延生長方法在綠光LED芯片襯底上生長綠光LED 外延層，制備出綠光LED芯片結(jié)構(gòu)；(4)將紅光LED外延層與藍(lán)光LED外延層相對，通過透明導(dǎo)電膠粘結(jié)在一起，兩者 的襯底均在外端；(5)去除藍(lán)光LED芯片襯底(可通過剝離、研磨或濕法腐蝕等現(xiàn)有通用方法)；(6)將綠光LED外延層與藍(lán)光LED外延層的底部相對，通過透明導(dǎo)電膠粘結(jié)在一 起，此時綠光LED芯片襯底和紅光LED芯片的GaAs襯底在外端；(7)去除紅光LED芯片的GaAs襯底(可通過濕法或干法等現(xiàn)有通用方法)；(8)在紅光LED外延層上制備出P電極(可按現(xiàn)有制備P電極的通用方法)；(9)在綠光LED芯片的襯底底部制備出N電極(可按現(xiàn)有制備N電極的通用方 法)，得到垂直結(jié)構(gòu)的單芯片白光LED。上述方法中藍(lán)光LED芯片襯底和綠光LED芯片襯底材料可采用A1203、SiC、GaN, GaP等材料，本發(fā)明綠光LED芯片襯底優(yōu)先采用SiC襯底，其高導(dǎo)熱導(dǎo)電能力是本發(fā)明白光 LED芯片實現(xiàn)高光效高功率的關(guān)鍵因素之一。本發(fā)明制備的白光LED是以藍(lán)光LED、紅光LED和綠光LED組合為一芯片，三波長 的光混合形成白光，只需單一芯片即可發(fā)出白光，是一種真正意義上的白光LED芯片。無 復(fù)雜的電路驅(qū)動、封裝形式，無熒光粉存在的性能衰退和不穩(wěn)定等問題，同時具有使用壽命 長、穩(wěn)定性好、體積小、高發(fā)光效率等優(yōu)點。


圖1是按常規(guī)方法制備的藍(lán)光LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是按常規(guī)方法制備的紅光LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是按常規(guī)方法制備的綠光LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是將紅光LED芯片與藍(lán)光LED芯片粘接的示意圖。圖5是將綠光LED芯與藍(lán)光LED芯片粘接的示意圖。圖6是濕法去除紅光LED P型GaAs襯底的示意圖。圖7是本發(fā)明制備的白光LED的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:100、Al2O3襯底，110、藍(lán)光LED外延層，120、透明導(dǎo)電膠，130、透明導(dǎo)電膠， 200、P型GaAs襯底，210、紅光LED外延層，300、SiC襯底，310、綠光LED外延層，400、白光 LED P電極，410、白光LED N電極。
具體實施例方式本發(fā)明制備的單芯片白光LED結(jié)構(gòu)如圖7所示，具體制備過程如下(1)采用常規(guī)MOCVD (金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積)工藝在Al2O3襯底100上生 長藍(lán)光外延層110，如圖1所示，藍(lán)光外延層110自襯底以上依次包含N型GaN層、有源區(qū)和 P型feiN層。(2)采用常規(guī)MOCVD (金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積)工藝在P型GaAs襯底200 上生長紅光LED外延層210，如圖2所示，外延層210自襯底以上依次包含P型AlfetInP層、 有源區(qū)和N型AlGaInP層。(3)采用常規(guī)MOCVD (金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積)工藝在SiC襯底300上生長 綠光LED外延層310，如圖3所示，外延層310自襯底以上依次包含N型GaN層、有源區(qū)和P 型feiN層。(4)如圖4所示，在藍(lán)光LED外延層110上面涂覆透明導(dǎo)電膠120，將紅光LED外 延層210與藍(lán)光LED外延層110相對粘接在一起；粘接后上下面為P型GaAs襯底200與藍(lán) 光LED的Al2O3襯底100。(5)通過激光剝離去除藍(lán)光LED芯片的Al2O3襯底100 ；(6)如圖5所示，在藍(lán)光LED外延層110的底部涂覆透明導(dǎo)電膠130，將綠光LED 外延層310粘結(jié)到藍(lán)光LED外延層110的底部；此時，SiC襯底300處于最下面。(7)如圖6所示，通過濕法腐蝕去除紅光LED P型GaAs襯底200，腐蝕液配比為雙 氧水、氨水和水的體積比為1 3 3，腐蝕干凈后用去離子水清洗。(8)在紅光LED外延層210上按現(xiàn)有通用方法制備出P電極400 ；(9)在SiC襯底300上按現(xiàn)有通用制備N電極410，得到如圖7所示的單芯片白光 LED。本發(fā)明的白光LED是單芯片形式，通過去除襯底、透明導(dǎo)電膠粘接等手段，最后制 作為單一芯片，共有一個上電極、一個下電極，有三個有源區(qū)，共有一個襯底；本發(fā)明的是單 一芯片，三種顏色光在單芯片內(nèi)混合為白光，只需簡單常規(guī)封裝工藝即可。無論從理念還是 制作工藝上都與中國專利文獻(xiàn)CN101771028A公開的《一種白光LED芯片及其制造方法》有 本質(zhì)區(qū)別。
權(quán)利要求
1.一種單芯片白光LED，包括紅光LED芯片、藍(lán)光LED芯片和綠光LED芯片，其特征是 去除襯底的藍(lán)光LED芯片的外延層與去除襯底的紅光LED芯片的外延層相對粘接在一起， 綠光LED芯片的外延層與藍(lán)光LED外延層的底部相對粘接在一起，紅光LED外延層上設(shè)有 P電極，綠光LED芯片的襯底底部設(shè)有N電極。
2.—種權(quán)利要求1所述單芯片白光LED的制備方法，其特征是包括以下步驟(1)按藍(lán)光LED芯片常規(guī)MOCVD外延生長方法在藍(lán)光LED芯片襯底上生長藍(lán)光LED外 延層，制備出藍(lán)光LED芯片結(jié)構(gòu)；(2)按紅光LED芯片常規(guī)MOCVD外延生長方法在P型GaAs襯底上制備紅光LED外延 層，制備出紅光LED芯片結(jié)構(gòu)；(3)按綠光LED芯片常規(guī)MOCVD外延生長方法在綠光LED芯片襯底上生長綠光LED外 延層，制備出綠光LED芯片結(jié)構(gòu)；(4)將紅光LED外延層與藍(lán)光LED外延層相對，通過透明導(dǎo)電膠粘結(jié)在一起，兩者的襯 底均在外端；(5)去除藍(lán)光LED芯片襯底；(6)將綠光LED外延層與藍(lán)光LED外延層的底部相對，通過透明導(dǎo)電膠粘結(jié)在一起，此 時綠光LED芯片襯底和紅光LED芯片的GaAs襯底在外端；(7)去除紅光LED芯片的GaAs襯底；(8)在紅光LED外延層上制備出P電極；(9)在綠光LED芯片的襯底底部制備出N電極，得到垂直結(jié)構(gòu)的單芯片白光LED。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單芯片白光LED及其制備方法。該單芯片白光LED包括紅光LED芯片、藍(lán)光LED芯片和綠光LED芯片，其制備方法，包括以下步驟(1)制備出藍(lán)光LED芯片結(jié)構(gòu)；(2)制備出紅光LED芯片結(jié)構(gòu)；(3)制備出綠光LED芯片結(jié)構(gòu)；(4)將紅光LED外延層與藍(lán)光LED外延層相對粘結(jié)在一起；(5)去除藍(lán)光LED芯片襯底；(6)將綠光LED外延層與藍(lán)光LED外延層的底部相對粘結(jié)在一起；(7)去除紅光LED芯片的GaAs襯底；(8)在紅光LED外延層上制備出P電極；(9)在綠光LED芯片的襯底底部制備出N電極，得到垂直結(jié)構(gòu)的單芯片白光LED。本發(fā)明只需單一芯片即可發(fā)出白光，具有使用壽命長、穩(wěn)定性好、體積小、高發(fā)光效率等優(yōu)點。
文檔編號H01L21/50GK102064169SQ20101055844
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者任忠祥, 夏偉, 張秋霞, 徐現(xiàn)剛, 蘇建 申請人:山東華光光電子有限公司