CN102064169A - 单芯片白光led及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单芯片白光LED及其制备方法。该单芯片白光LED包括红光LED芯片、蓝光LED芯片和绿光LED芯片，其制备方法，包括以下步骤：(1)制备出蓝光LED芯片结构；(2)制备出红光LED芯片结构；(3)制备出绿光LED芯片结构；(4)将红光LED外延层与蓝光LED外延层相对粘结在一起；(5)去除蓝光LED芯片衬底；(6)将绿光LED外延层与蓝光LED外延层的底部相对粘结在一起；(7)去除红光LED芯片的GaAs衬底；(8)在红光LED外延层上制备出P电极；(9)在绿光LED芯片的衬底底部制备出N电极，得到垂直结构的单芯片白光LED。本发明只需单一芯片即可发出白光，具有使用寿命长、稳定性好、体积小、高发光效率等优点。

Description

单芯片白光LED及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体发光二极管(LED)的结构及其制作方法，属于发光二极管(LED)制造技术领域。
背景技术
目前，LED实现白光的方法主要有三种：1、通过LED红绿蓝的三基色多芯片组合发光合成白光；其优点是效率高、色温可控、显色性较好，不足是三基色光衰不同导致色温不稳定，封装固晶打线较为复杂，且红、绿、蓝三基色芯片所需驱动电压不同，需在每个LED芯片上加不同的驱动电流调整颜色及亮度，控制电路较复杂、成本较高；2、蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光；为改善显色性能还可以在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉；其优点是效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好；其不足之处是一致性差、色温随角度变化，黄色荧光粉精准定量控制不易，造成光色偏蓝或偏黄现象；3、紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光；其优点为显色性好、制备简单；其不足在于目前LED芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，荧光粉存在温度不稳定等问题。一般白光LED制造方法，其一为蓝光LED晶粒加YAG黄色荧光粉，白光波长只有两波长，只适用于指示之用，无法用于真正照明；另一种制造方式以紫外光激发三基色荧光粉，产生三波长的白光，如申请号02124450.2的《三波长白光发光二极管的制造方法》就是选择波长430-480nm波段蓝光LED晶粒，于晶粒上涂覆红、绿荧光体，以蓝色光激发红、绿荧光体，而产生红、蓝、绿三波长的白色光。目前因紫外光LED晶粒的衰减时间快，并且尚无紫外光封装专用的透明树脂，使用寿命与品质都降低不少。
中国专利文献CN101771028A公开了一种《一种白光LED芯片及其制造方法》，包括构成顺次构成层叠结构的第一类型LED芯片、第二类型LED芯片、及第三类型LED芯片；所述第一类型LED芯片、所述第二类型LED芯片、及所述第三类型LED芯片均包括间隔排列的基本发光单元与环氧树脂透镜。该白光LED芯片的制造方法，包括分别制作包括间隔排列的基本发光单元与环氧树脂透镜的第一类型LED芯片、所述第二类型LED芯片、及所述第三类型LED芯片，并将上述三者键合以构成层叠结构的步骤。
上述《一种白光LED芯片及其制造方法》是利用三种类型的芯片层叠，相当于将三种类型芯片串联，三种芯片各自有各自的上下电极和衬底，是三个独立的芯片；三种颜色的光在环氧树脂透镜内逐步收集最后混合为白光，利用环氧树脂透镜聚光混光，与将三种颜色的芯片封装在同一环氧树脂内相似，封装工艺相对繁琐复杂。
发明内容
本发明针对现有白光LED制作方法存在的问题，提供一种稳定性好、寿命长、体积小的单芯片白光LED，同时提供一种该单芯片白光LED的制备方法。
本发明的单芯片白光LED采用以下技术方案：
该单芯片白光LED包括红光LED芯片、蓝光LED芯片和绿光LED芯片，去除衬底的蓝光LED芯片的外延层与去除衬底的红光LED芯片的外延层相对粘接在一起，绿光LED芯片的外延层与蓝光LED外延层的底部相对粘接在一起，红光LED外延层上设有P电极，绿光LED芯片的衬底底部设有N电极。在制作的单芯片白光LED的P电极和N电极间加电流、电压，三波长的光混合就会产生白光。
上述单芯片白光LED的制备方法，包括以下步骤：
(1)按蓝光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在蓝光LED芯片衬底上生长蓝光LED外延层，制备出蓝光LED芯片结构；
(2)按红光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在P型GaAs衬底上制备红光LED外延层，制备出红光LED芯片结构；
(3)按绿光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在绿光LED芯片衬底上生长绿光LED外延层，制备出绿光LED芯片结构；
(4)将红光LED外延层与蓝光LED外延层相对，通过透明导电胶粘结在一起，两者的衬底均在外端；
(5)去除蓝光LED芯片衬底(可通过剥离、研磨或湿法腐蚀等现有通用方法)；
(6)将绿光LED外延层与蓝光LED外延层的底部相对，通过透明导电胶粘结在一起，此时绿光LED芯片衬底和红光LED芯片的GaAs衬底在外端；
(7)去除红光LED芯片的GaAs衬底(可通过湿法或干法等现有通用方法)；
(8)在红光LED外延层上制备出P电极(可按现有制备P电极的通用方法)；
(9)在绿光LED芯片的衬底底部制备出N电极(可按现有制备N电极的通用方法)，得到垂直结构的单芯片白光LED。
上述方法中蓝光LED芯片衬底和绿光LED芯片衬底材料可采用Al2O3、SiC、GaN、GaP等材料，本发明绿光LED芯片衬底优先采用SiC衬底，其高导热导电能力是本发明白光LED芯片实现高光效高功率的关键因素之一。
本发明制备的白光LED是以蓝光LED、红光LED和绿光LED组合为一芯片，三波长的光混合形成白光，只需单一芯片即可发出白光，是一种真正意义上的白光LED芯片。无复杂的电路驱动、封装形式，无荧光粉存在的性能衰退和不稳定等问题，同时具有使用寿命长、稳定性好、体积小、高发光效率等优点。
附图说明
图1是按常规方法制备的蓝光LED芯片结构示意图。
图2是按常规方法制备的红光LED芯片结构示意图。
图3是按常规方法制备的绿光LED芯片结构示意图。
图4是将红光LED芯片与蓝光LED芯片粘接的示意图。
图5是将绿光LED芯与蓝光LED芯片粘接的示意图。
图6是湿法去除红光LED P型GaAs衬底的示意图。
图7是本发明制备的白光LED的结构示意图。
图中：100、Al2O3衬底，110、蓝光LED外延层，120、透明导电胶，130、透明导电胶，200、P型GaAs衬底，210、红光LED外延层，300、SiC衬底，310、绿光LED外延层，400、白光LED P电极，410、白光LED N电极。
具体实施方式
本发明制备的单芯片白光LED结构如图7所示，具体制备过程如下：
(1)采用常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺在Al2O3衬底100上生长蓝光外延层110，如图1所示，蓝光外延层110自衬底以上依次包含N型GaN层、有源区和P型GaN层。
(2)采用常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺在P型GaAs衬底200上生长红光LED外延层210，如图2所示，外延层210自衬底以上依次包含P型AlGaInP层、有源区和N型AlGaInP层。
(3)采用常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺在SiC衬底300上生长绿光LED外延层310，如图3所示，外延层310自衬底以上依次包含N型GaN层、有源区和P型GaN层。
(4)如图4所示，在蓝光LED外延层110上面涂覆透明导电胶120，将红光LED外延层210与蓝光LED外延层110相对粘接在一起；粘接后上下面为P型GaAs衬底200与蓝光LED的Al2O3衬底100。
(5)通过激光剥离去除蓝光LED芯片的Al2O3衬底100；
(6)如图5所示，在蓝光LED外延层110的底部涂覆透明导电胶130，将绿光LED外延层310粘结到蓝光LED外延层110的底部；此时，SiC衬底300处于最下面。
(7)如图6所示，通过湿法腐蚀去除红光LED P型GaAs衬底200，腐蚀液配比为双氧水、氨水和水的体积比为1∶3∶3，腐蚀干净后用去离子水清洗。
(8)在红光LED外延层210上按现有通用方法制备出P电极400；
(9)在SiC衬底300上按现有通用制备N电极410，得到如图7所示的单芯片白光LED。
本发明的白光LED是单芯片形式，通过去除衬底、透明导电胶粘接等手段，最后制作为单一芯片，共有一个上电极、一个下电极，有三个有源区，共有一个衬底；本发明的是单一芯片，三种颜色光在单芯片内混合为白光，只需简单常规封装工艺即可。无论从理念还是制作工艺上都与中国专利文献CN101771028A公开的《一种白光LED芯片及其制造方法》有本质区别。

Claims (2)

1.一种单芯片白光LED，包括红光LED芯片、蓝光LED芯片和绿光LED芯片，其特征是：去除衬底的蓝光LED芯片的外延层与去除衬底的红光LED芯片的外延层相对粘接在一起，绿光LED芯片的外延层与蓝光LED外延层的底部相对粘接在一起，红光LED外延层上设有P电极，绿光LED芯片的衬底底部设有N电极。
2.一种权利要求1所述单芯片白光LED的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)按蓝光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在蓝光LED芯片衬底上生长蓝光LED外延层，制备出蓝光LED芯片结构；
(2)按红光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在P型GaAs衬底上制备红光LED外延层，制备出红光LED芯片结构；
(3)按绿光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在绿光LED芯片衬底上生长绿光LED外延层，制备出绿光LED芯片结构；
(4)将红光LED外延层与蓝光LED外延层相对，通过透明导电胶粘结在一起，两者的衬底均在外端；
(5)去除蓝光LED芯片衬底；
(6)将绿光LED外延层与蓝光LED外延层的底部相对，通过透明导电胶粘结在一起，此时绿光LED芯片衬底和红光LED芯片的GaAs衬底在外端；
(7)去除红光LED芯片的GaAs衬底；
(8)在红光LED外延层上制备出P电极；
(9)在绿光LED芯片的衬底底部制备出N电极，得到垂直结构的单芯片白光LED。
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