CN102064168B - 一种电致/光致混合发光白光led芯片及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电致/光致混合发光白光LED芯片及其制备方法。该白光LED芯片包含一个平面结构蓝光LED芯片和一个去除了衬底的黄光LED芯片，两个芯片粘结在一起，在蓝光LED芯片上形成P、N电极，且在P电极下设有上反射镜；在黄光LED芯片上表面形成P电极，外延层上设有下反射镜。其制备方法是：制备出平面蓝光LED芯片；在平面蓝光LED芯片上表面蒸镀上反射镜；在平面蓝光LED芯片上制作出P、N电极；制备出黄光LED芯片结构；将蓝光LED芯片与黄光LED芯片连接在一起；去除黄光LED芯片衬底；去除蓝光LED芯片电极面光刻胶；在黄光LED芯片外延层上蒸镀下反射镜。本发明提高了稳定性、寿命、光效和光色均匀性，出光效率大大提高。

Description

一种电致/光致混合发光白光LED芯片及制作方法

技术领域

本发明涉及一种白光发光二极管(LED)的结构及其制作方法，属于白光LED技术领域。

背景技术

白光发光二极管(LED)因为节能、环保的优点正在成为取代传统电光源的最有潜力的下一代照明光源。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，其寿命可长达10万小时，对于普通家庭照明可谓″一劳永逸″。同时还可实现无汞化，回收容易，这对于环境保护和节约能源具有重要意义。

目前制备白光LED的方法主要有两种：1、将红、绿、蓝三种光色的LED芯片通过三基色叠加原理混光成白光，通过调节各种颜色的LED的亮度来合成不同的白光，甚至得到各种不同的颜色，常用在各种显示上面。这种获取白光途径简单易行，发光亮度高。不足之处是个别单色LED劣化将导致光色不纯或不均匀，色温不稳，同时，成本相对较高，控制电路复杂。2、蓝光或近紫外LED芯片上涂覆黄色荧光粉，从而得到白光LED，这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多，但此方法存在的主要问题是：荧光粉的质量、涂层厚度稍有欠缺将严重影响其显色指数、色温、光效和光衰，而且由于受LED芯片发热影响，荧光粉会出现退化，使白光LED的光色质量和发光效率大大降低。此外，白光LED发光效率和使用寿命还有待提高，光色还需进一步调整以更接近日光，这些都是目前亟待和正在解决的问题。

中国专利文献CN1588656公开了一种《直接出射白光的高亮度功率型LED芯片》，其结构是设有至少两个发射不同主波长光的有源区，每一个有源区具有各自的光波导限制层；两种或者多种主波长不同的光谱混合在一起产生白光；其两侧的解理腔面都镀有反射膜，形成光子谐振腔；光出射方向为全侧面出光，此种结构适合GaN基或ZeSe基的LED，或者其它材料的LED；其衬底是蓝宝石衬底，或SiC衬底，或者别的衬底材料。该《直接出射白光的高亮度功率型LED芯片》采用解理腔面(侧面)蒸镀反射膜，光从解理腔面出射(即侧面出射)，光子只在各自的有源区内放大，从芯片内出射后再混合为白光。产生的白光不够均匀，出光效率较低。

发明内容

本发明针对现有白光LED的制备方法存在的不足，提供一种产生的白光均匀、出光效率高的电致/光致混合发光白光LED芯片，同时提供一种该白光LED芯片的制备方法。

本发明的电致/光致混合发光白光LED芯片，包含一个平面结构蓝光LED芯片和一个去除了衬底的黄光LED芯片，两个芯片通过透明介质粘合材料粘结在一起，在平面结构蓝光LED芯片上形成P、N电极，且在P电极下设有上反射镜，在去除衬底的黄光LED芯片上表面形成P电极，在黄光LED芯片外延层上设有下反射镜。

在蓝光LED芯片上加电流、电压使有源区电致发光发出蓝光，蓝光激发黄光LED芯片外延层有源区光致发光使之发射黄光，发出的黄光与蓝光在芯片内部上下反射镜间来回反射充分混合产生白光。

上述白光LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

(1)按常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)方法制备出平面蓝光LED芯片结构；

(2)在制备的平面蓝光LED芯片上表面蒸镀金属，作为上反射镜；

(3)在设有上反射镜的平面蓝光LED芯片上制作出P、N电极；

(4)按常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)方法制备出黄光LED芯片结构；

(5)在蓝光LED芯片衬底上涂覆透明介质粘合材料；

(6)通过透明介质粘合材料将蓝光LED芯片与黄光LED芯片连接在一起，透明介质粘合材料上下分别连接蓝光芯片衬底和黄光芯片外延层；

(7)甩胶保护蓝光LED芯片电极面；

(8)去除黄光LED芯片衬底(可采用现有通用的湿法或干法去除)；

(9)去除蓝光LED芯片电极面光刻胶，丙酮或乙醇清洗；

(10)在黄光LED芯片外延层上蒸镀金属，作为下反射镜，得到白光LED芯片。

本发明相对于蓝光激发黄色荧光粉之白色LED，不仅提高了亮度，也大大提高了稳定性、寿命、光效和光色均匀性。光子在整个芯片内上下反射，混合成白光后再出射，出光效率大大提高。在形成的白光LED芯片P、N电极间加电流、电压，产生蓝光，然后蓝光激发黄光芯片发射黄光，电致产生的蓝光与光致产生的黄光混合即可产生白光，是一种电致/光致混合发光器件。

附图说明

图1是本发明制备的设有上反射镜的平面GaN基蓝光LED芯片结构示意图。

图2是常规AlGaInP基黄光LED芯片结构示意图。

图3是图1芯片衬底涂覆透明介质粘合材料示意图。

图4是本发明制备的白光LED芯片结构示意图。

图中：1、衬底，2、缓冲层，3、非掺杂GaN层，4、N型GaN层，5、有源区，6、P型GaN层，7、上反射镜，8、P电极，9、N电极，10、GaAs衬底，11、缓冲层，12、N型限制层，13、有源区，14、P型限制层，15、透明介质粘合材料，16、下反射镜。

具体实施方式

采用本发明制备的白光LED芯片结构如图4所示，制备过程如下：

1.制备平面蓝光LED芯片：采用常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺在衬底1上外延依次生长缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源区5和P型GaN层6(参见图1)。衬底1材料可采用Al₂O₃、SiC、Si、GaN等材料。

2.在制备的平面蓝光LED芯片P型GaN层上蒸镀金属Au，作为上反射镜7；

3.光刻P电极8的图形，去除P电极下方金属Au；

4.按现有通用方法在P型GaN层上制作P电极8，在N型GaN层上制作N电极9。制作出平面GaN基蓝光LED芯片，其结构如图1所示；自下而上依次包括衬底1、缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源区5和P型GaN层6、上反射镜7，P型GaN层上设有P电极8，N型GaN层上设有N电极9。

5.制备AlGaInP基黄光LED芯片：采用常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺在GaAs衬底10上外延依次生长缓冲层11、N型限制层12、有源区13和P型限制层14。制备的AlGaInP基黄光LED芯片如图2所示。

6.在制备的平面蓝光LED芯片衬底上涂覆透明介质粘合材料15，如图3所示；

7.将制备的AlGaInP基黄光LED芯片通过透明介质粘合材料15粘结到蓝光LED芯片上；透明介质粘合材料上下分别连接蓝光芯片衬底和黄光芯片外延层。

8.甩胶保护蓝光LED芯片电极面；

9.湿法腐蚀去除GaAs衬底10和缓冲层11，腐蚀液配比为双氧水、氨水和水的体积比为2∶1∶3，腐蚀干净后用去离子水清洗；

10.去除蓝光LED芯片电极面光刻胶，丙酮、乙醇清洗；

11.在黄光LED芯片N-限制层上蒸镀金属Au，作为下反射镜16，得到如图4所示的白光LED芯片。

其中上下反射镜材料可以是单层反射膜，如Au、Ag、Al、Cu等金属薄膜，也可以是多层反射膜，如AuBe、TiAu、NiAg、AuZn等多层金属薄膜。

本发明提供的白光LED芯片是一种电致/光致混合发光芯片，全侧面出光，电致发出的蓝光和光致发出的黄光在上下反射镜间来回反射充分混合，得到的白光光色均匀且发光效率高、使用寿命长、稳定性高，是白光LED制作中产生白光最直接易行的一种方法。

Claims (2)

1.一种电致/光致混合发光白光LED芯片，其特征是：包含一个平面结构蓝光LED芯片和一个去除了衬底的黄光LED芯片，两个芯片通过透明介质粘合材料粘结在一起，在平面结构蓝光LED芯片上形成P、N电极，且在P电极下设有上反射镜，在去除衬底的黄光LED芯片上表面形成P电极，在黄光LED芯片外延层上设有下反射镜；在蓝光LED芯片上加电流、电压使有源区电致发光发出蓝光，蓝光激发黄光LED芯片外延层有源区光致发光使之发射黄光，发出的黄光与蓝光在芯片内部上下反射镜间来回反射充分混合产生白光。

2.一种权利要求1所述电致/光致混合发光白光LED芯片的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)按常规MOCVD方法制备出平面蓝光LED芯片结构；

(2)在制备的平面蓝光LED芯片上表面蒸镀金属，作为上反射镜；

(3)在设有上反射镜的平面蓝光LED芯片上制作出P、N电极；

(4)按常规MOCVD方法制备出黄光LED芯片结构；

(5)在蓝光LED芯片衬底上涂覆透明介质粘合材料；

(6)通过透明介质粘合材料将蓝光LED芯片与黄光LED芯片连接在一起，透明介质粘合材料上下分别连接蓝光芯片衬底和黄光芯片外延层；

(7)甩胶保护蓝光LED芯片电极面；

(8)去除黄光LED芯片衬底；

(9)去除蓝光LED芯片电极面光刻胶，丙酮或乙醇清洗；

(10)在黄光LED芯片外延层上蒸镀金属，作为下反射镜，得到白光LED芯片。

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