一種氮化物白光發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，特別是一種氮化物白光發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，發(fā)光二極管(LED)，特別是氮化物發(fā)光二極管因其較高的發(fā)光效率，在普通照明領(lǐng)域已取得廣泛的應(yīng)用。氮化物白光發(fā)光二極管一般采用藍(lán)光或紫外芯片激發(fā)熒光粉實現(xiàn)白光發(fā)射，但存在顯色系數(shù)不高的問題；而采用紅綠藍(lán)(RGB)的集成芯片的方法通常需要3顆芯片進(jìn)行集成封裝，封裝難度和成本較高，且穩(wěn)定性不佳，同時封裝完的器件尺寸偏大。
[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的氮化物白光發(fā)光二極管存在較多問題影響其商業(yè)應(yīng)用，因此有必出一種新的氮化物白光發(fā)光二極管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于:提供一種氮化物白光發(fā)光二極管，通過在單一芯片制作三個獨立溫區(qū)，分別控制三個獨立溫區(qū)的溫度，從而控制襯底和氮化物產(chǎn)生不同的晶格常數(shù)，使三個獨立溫區(qū)的氮化物發(fā)光二極管的多量子阱受到不同的雙軸應(yīng)力，進(jìn)而使同一銦組分的氮化物量子阱的導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)奈恢冒l(fā)生改變，形成不同的禁帶寬度和發(fā)光波長，實現(xiàn)單一芯片發(fā)出紅綠藍(lán)光的白光出射。
[0005]本發(fā)明公開了一種氮化物白光發(fā)光二極管，包括:襯底#型氮化物、量子講和P型氮化物構(gòu)成的外延層；N型電極以及P型電極；通過在襯底和外延層上分別形成溝道，并在溝道上形成低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層，使單一芯片形成三個獨立溫區(qū)(Ι/ΙΙ/ΠΙ區(qū))，在I/II/III區(qū)的外延層側(cè)壁和襯底背面形成高導(dǎo)熱系數(shù)材料的控溫層，分別用于控制外延層和襯底的溫度，從而根據(jù)熱膨脹系數(shù)差異，分別調(diào)節(jié)I/II/III區(qū)的氮化物和襯底的晶格常數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)氮化物受到的雙軸應(yīng)力，而量子阱受不同雙軸應(yīng)力的作用會改變導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)奈恢?，改變禁帶寬度和發(fā)光波長，從而通過調(diào)節(jié)雙軸應(yīng)力可調(diào)控同一銦組分的發(fā)光二極管實現(xiàn)紅、綠、藍(lán)光的發(fā)光，實現(xiàn)單一芯片的白光發(fā)射。
[0006]進(jìn)一步地，所述襯底為碳化硅或硅或氮化鎵或氮化鋁或氧化鋅。
[0007]進(jìn)一步地，所述量子講材料為InxGa1 xN/GaN，其中0〈χ〈1，單一芯片的銦組分x相同，三個獨立溫區(qū)I/II/III的量子阱的銦組分X相同，優(yōu)選銦In組分x=0.15-0.25。
[0008]進(jìn)一步地，所述在襯底上形成的溝道與在外延層上形成的溝道在垂直方向上下對應(yīng)。
[0009]進(jìn)一步地，所述在襯底上形成的溝道寬度為10nm~100 μπι，優(yōu)選500nm ;深度為100—650 μ m，優(yōu)選 150 μ m。
[0010]進(jìn)一步地，所述在外延層上形成的溝道寬度為10nm~100 μπι，優(yōu)選500nm ;深度為10nm~5 μ m，優(yōu)選 2 μ m。
[0011]進(jìn)一步地，所述溝道的形成方式為干法蝕刻或者濕法蝕刻或者二者結(jié)合。
[0012]進(jìn)一步地，所述低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層、高導(dǎo)熱系數(shù)材料的控溫層的形成方式為干法鍍膜或者濕法鍍膜或者二者結(jié)合。
[0013]進(jìn)一步地，所述低導(dǎo)熱系數(shù)的溫度隔離層材料的導(dǎo)熱系數(shù)<lW/(m.K)。
[0014]進(jìn)一步地，所述高導(dǎo)熱系數(shù)的控溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)為>100W/(m.K)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例的一種氮化物白光發(fā)光二極管的同一銦組分多量子講在受到不同應(yīng)力作用下的波長變化示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例的一種氮化物白光發(fā)光二極管在蝕刻完溝道并沉積低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層的示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明實施例的一種氮化物白光發(fā)光二極管的完整示意圖。
[0018]圖4為圖3的俯視圖。
[0019]圖示說明:100:襯底；101:N型氮化物；102:N型電極；103:多量子阱；104:P型氮化物；105:P型電極；106a:氮化物一側(cè)低導(dǎo)熱系數(shù)的溫度隔離層；106b:襯底一側(cè)低導(dǎo)熱系數(shù)的溫度隔離層；107a/b/c:1/11/111的三個溫區(qū)的氮化物側(cè)壁沉積的高導(dǎo)熱系數(shù)的控溫層；108a/b/c:1/11/111的三個溫區(qū)的襯底側(cè)壁沉積的高導(dǎo)熱系數(shù)的控溫層。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，有關(guān)本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容，特點與功效，將可清楚呈現(xiàn)。
[0021]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0022]本發(fā)明所提出的一種的氮化物白光發(fā)光二極管，其原理如圖1所示。相同銦組分(x=0.15-0.25)的氮化物發(fā)光二極管，在受到不同雙軸應(yīng)力的作用下，多量子阱InxGa1 XN/GaN導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)奈恢脮a(chǎn)生變化，導(dǎo)致禁帶寬度發(fā)生變化，使相同銦組分的氮化物發(fā)光二極管可發(fā)射紫外至紅外的光，實現(xiàn)發(fā)光波長的調(diào)控。因此，可通過調(diào)控氮化物發(fā)光二極管的雙軸應(yīng)力來控制發(fā)光波長，實現(xiàn)單一芯片不同區(qū)域發(fā)出紅綠藍(lán)光，從而出射白光。
[0023]請參照圖2，為了實現(xiàn)單一芯片的紅綠藍(lán)(RGB)的白光出射，首先，利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)在襯底100上依次外延生長N型氮化物101、多量子阱103和P型氮化物104構(gòu)成的外延層，再通過光刻技術(shù)分別在P型氮化物104和N型氮化物102上，沉積形成P型電極105和N型電極102。然后，通過光刻技術(shù)從單一芯片的P型氮化物，由上至下采用干法蝕刻方式出2條寬度為500nm，深度為2 μ m的溝道，并在溝道中采用干法鍍膜方式沉積低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層106a，該溫度隔離層材料的導(dǎo)熱系數(shù)<lW/(m.K)，優(yōu)選石棉或石蠟；將襯底100減薄至250 μπι并拋光，從襯底背面由下至上蝕刻出2條寬度為500nm，深度為150 μm的溝道，該溝道與在外延層上形成的溝道在垂直方向上下對應(yīng)，并在溝道中采用干法鍍膜方式沉積低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層106b，該溫度隔離層材料的導(dǎo)熱系數(shù)<lW/(m*K)，優(yōu)選石棉或石蠟，從而形成三個獨立溫區(qū)(I/II/III區(qū))，用于分別控制單一芯片各溫區(qū)的氮化物外延層和襯底的溫度。
[0024]接著，請參照圖3和圖4，利用光刻技術(shù)在氮化物外延層的溫度隔離層106a旁濕法蝕刻出4條寬度為500nm，深度為2 μπι的溝道，并在4條溝道及單一芯片的外側(cè)壁采用干法鍍膜方式沉積高導(dǎo)熱系數(shù)的控溫層107a/b/c，該控溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)為>100W/(m.K)，優(yōu)選銅或銀或碳化硅；同時，在襯底背面采用濕法鍍膜方式沉積高導(dǎo)熱系數(shù)的控溫材料108a/b/c，從而可通過控溫層材料分別控制I/II/III溫區(qū)的氮化物和襯底的溫度，進(jìn)而可根據(jù)熱膨脹系數(shù)精確地控制三個獨立溫區(qū)的氮化物和襯底的晶格常數(shù)，調(diào)控氮化物量子阱受到的應(yīng)力，從而改變禁帶寬度和發(fā)光波長，實現(xiàn)同一銦組分的氮化物芯片發(fā)射紅、綠、藍(lán)光，實現(xiàn)單一芯片的白光發(fā)射。例如，采用綠光外延片，發(fā)光波長為455nm，調(diào)控控溫材料107b/108b，降低II區(qū)的氮化物的溫度，升溫II區(qū)藍(lán)寶石襯底的溫度，使氮化物受到張應(yīng)力作用，與原來的應(yīng)力相抵消，從而受到的應(yīng)力為0%，使綠光芯片發(fā)出綠光；同時，調(diào)控控溫材料107a/108a以及107c/108c，升溫I區(qū)的氮化物溫度，降低I區(qū)的襯底溫度，使I區(qū)氮化物受到上升的壓應(yīng)力作用，從而調(diào)控帶隙發(fā)出紅光；降低III區(qū)的氮化物溫度，提升III區(qū)的襯底溫度，使氮化物受到上升的張應(yīng)力作用，最終使III區(qū)氮化物受到壓應(yīng)力作用，調(diào)控帶隙發(fā)出藍(lán)光。通過溫度控制使同一組分的綠光外延片可發(fā)出紅、綠、藍(lán)光，實現(xiàn)白光出射。
[0025]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)視權(quán)利要求書范圍限定。
【主權(quán)項】
1.一種氮化物白光發(fā)光二極管，包括:襯底；N型氮化物、量子阱和P型氮化物構(gòu)成的外延層；N型電極以及P型電極；通過在襯底和外延層上分別形成溝道，并在溝道上形成低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層，使單一芯片形成三個獨立溫區(qū)(Ι/ΙΙ/ΠΙ區(qū))，在Ι/Π/ΙΙΙ區(qū)的外延層側(cè)壁和襯底背面形成高導(dǎo)熱系數(shù)材料的控溫層，分別用于控制外延層和襯底的溫度，從而根據(jù)熱膨脹系數(shù)差異，分別調(diào)節(jié)I/II/III區(qū)的氮化物和襯底的晶格常數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)氮化物受到的雙軸應(yīng)力，而量子阱受不同雙軸應(yīng)力的作用會改變導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)奈恢?，改變禁帶寬度和發(fā)光波長，從而通過調(diào)節(jié)雙軸應(yīng)力可調(diào)控同一銦組分的發(fā)光二極管實現(xiàn)紅、綠、藍(lán)光的發(fā)光，實現(xiàn)單一芯片的白光發(fā)射。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述襯底為碳化硅或硅或氮化鎵或氮化鋁或氧化鋅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述量子阱材料為InxGa1 xN/GaN，其中0〈χ〈1，單一芯片的三個獨立溫區(qū)量子阱的銦組分相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述在襯底上形成的溝道與在外延層上形成的溝道在垂直方向上下對應(yīng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述在襯底上形成的溝道寬度為10nm~100 μπι，深度為100~650 μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述在外延層上形成的溝道寬度為10nm~100 μπι，深度為10nm~5 μπι。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述溝道的形成方式為干法蝕刻或者濕法蝕刻或者二者結(jié)合。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層、高導(dǎo)熱系數(shù)材料的控溫層的形成方式為干法鍍膜或者濕法鍍膜或者二去?士 A泊云口 口 O9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述低導(dǎo)熱系數(shù)的溫度隔離層材料的導(dǎo)熱系數(shù)<lW/(m.K)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物白光發(fā)光二極管，其特征在于:所述高導(dǎo)熱系數(shù)的控溫層材料的導(dǎo)熱系數(shù)為>100W/(m.K)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化物白光發(fā)光二極管，包括：襯底；外延層；N型電極以及P型電極；通過在襯底和外延層上分別形成溝道，并在溝道上形成低導(dǎo)熱系數(shù)材料的溫度隔離層，使單一芯片形成三個獨立溫區(qū)（I/II/III區(qū)），在I/II/III區(qū)的外延層側(cè)壁和襯底背面形成高導(dǎo)熱系數(shù)材料的控溫層，分別用于控制外延層和襯底的溫度，從而根據(jù)熱膨脹系數(shù)差異，分別調(diào)節(jié)I/II/III區(qū)的氮化物和襯底的晶格常數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)氮化物受到的雙軸應(yīng)力，而量子阱受不同雙軸應(yīng)力的作用會改變導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)奈恢?，改變禁帶寬度和發(fā)光波長，從而通過調(diào)節(jié)雙軸應(yīng)力可調(diào)控同一銦組分的發(fā)光二極管實現(xiàn)紅、綠、藍(lán)光的發(fā)光，實現(xiàn)單一芯片的白光發(fā)射。
【IPC分類】H01L33/06, H01L33/08, H01L33/44
【公開號】CN105226147
【申請?zhí)枴緾N201510689197
【發(fā)明人】鄭錦堅, 楊煥榮, 尋飛林, 廖樹濤, 李智杰, 伍明躍, 周啟倫, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月23日