CN102064170A - 一种白光led芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种白光LED芯片及制备方法，该白光LED芯片包含一个垂直结构的蓝光LED芯片和一个去除了衬底的黄光LED芯片，两个芯片通过透明导电胶粘结在一起，在垂直结构蓝光LED芯片的下表面形成N电极，在去除衬底的黄光LED芯片上表面形成P电极。上述白光LED芯片的制备方法，包括以下步骤：制备垂直结构蓝光LED芯片和黄光LED芯片；通过透明导电胶将黄光LED芯片与蓝光LED芯片连接在一起；去除黄光LED芯片的衬底和缓冲层；在去除衬底的黄光LED芯片的P型限制层上制作P电极；在蓝光LED芯片的衬底下表面蒸镀电极金属，形成N电极，得到白光LED芯片。本发明制备的白光LED芯片可直接出射白光，具备长寿、高效、稳定等优点。

Description

一种白光LED芯片及其制备方法

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CN101465398B公开了一种《基于二次衬底转移技术的单电极白光LED及其制备方法》，是利用常规工艺形成黄光LED作为蓝光LED薄膜的支撑载体，又可以形成黄光LED与蓝光LED的叠层结构，从芯片端混合直接出射白光，实现衬底的二次转移将导热差的蓝宝石衬底及吸光的GaAs衬底完全去除，代之以高导热导电的Si或金属衬底及高反射率金属层，并在蓝光LED和黄光LED中同时加入了透明电流扩展层，最大幅度地提高了功率型白光LED的出光效率；整个白光LED器件呈单电极垂直芯片结构，只需简单封装工艺。

上述《基于二次衬底转移技术的单电极白光LED及其制备方法》中的蓝光LED采用不导电衬底，须将蓝光LED衬底剥离，是将蓝光LED粘结在黄光LED上，然后去除蓝光衬底，与黄光LED共用一衬底，由于蓝光LED采用不导电衬底而另外采取传导电流工艺；采用包裹导电连接金属进行传导电流，需一系列繁琐的制作工艺过程；而且金属会遮挡一部分光，减小发光面积，且影响蓝光与黄光混合产生白光，电流扩展不均匀，密集在连接金属下方，发光效率低。

发明内容

本发明针对现有白光LED的制备方法存在的不足，提供一种可直接出射白光、简单易行、高效稳定、寿命长的白光LED芯片，同时提供一种该白光LED芯片的制备方法。

本发明的白光LED芯片，包含一个垂直结构的蓝光LED芯片和一个去除了衬底的黄光LED芯片，两个芯片通过透明导电胶粘结在一起，在垂直结构蓝光LED芯片的下表面形成N电极，在去除衬底的黄光LED芯片上表面形成P电极。在形成的的白光LED芯片P、N电极间上加电流、电压，发出的黄光与蓝光混合即可产生白光。

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)工艺制备垂直结构蓝光LED芯片，垂直结构蓝光LED芯片依次包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源区和P型GaN层；

(2)按常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺制备黄光LED芯片，黄光LED芯片依次包括P型GaAs衬底、缓冲层、P型限制层、有源区和N型限制层；

(3)在蓝光LED芯片P型GaN层的上表面涂覆透明导电胶；

(4)使黄光LED芯片的N型限制层朝下，通过透明导电胶将黄光LED芯片与蓝光LED芯片连接在一起；

(5)去除黄光LED芯片的衬底和缓冲层(可通过湿法或干法等现有通用方法)；

(6)在去除衬底的黄光LED芯片的P型限制层上制作P电极；

(7)在蓝光LED芯片的衬底下表面蒸镀电极金属，形成N电极，得到白光LED芯片。

本发明制备的白光LED芯片可直接出射白光，具备长寿、高效、稳定等优点，相对于蓝光激发黄色荧光粉的白色LED，不仅提高了亮度，也大大提高了稳定性和寿命，同时可满足芯片大电流下工作。

附图说明

图1是制备的垂直结构GaN基蓝光LED芯片的结构示意图。

图2是制备的AlGaInP基黄光LED芯片的结构示意图。

图3是在垂直结构GaN基蓝光LED芯片的衬底上涂覆透明导电胶的示意图。

图4是本发明制备的白光LED芯片的结构示意图。

图中：1、SiC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、P型GaAs衬底，8、缓冲层，9、P型限制层，10、有源区，11、N型限制层，12、透明导电胶，13、P电极，14、N电极。

具体实施方式

按照本发明方法制备白光LED芯片的具体步骤过程如下：

1.制备SiC衬底的垂直结构蓝光LED芯片：采用常规MOCVD(金属有机化合物化学气相淀积)工艺在SiC衬底1上依次外延生长缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源区5和P型GaN层6。制备的垂直GaN基蓝光LED芯片的结构如图1所示。

2.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P型GaAs衬底7上外延依次生长缓冲层8、P型限制层9、有源区10和N型限制层11。制备的垂直GaN基蓝光LED芯片的结构如图2所示。蓝光LED芯片的衬底材料也可采用Si、GaN等材料。

3.如图3所示，在制备的垂直蓝光LED芯片P型GaN层6的上表面涂覆一层透明导电胶12。

4.将制备的AlGaInP基黄光LED芯片通过透明导电胶12粘结到蓝光LED芯片上，黄光LED芯片的P型GaAs衬底7朝上，将蓝光LED芯片的P型GaN层6与黄光LED芯片的N-限制层11粘结在一起。如图4所示。

5.采用湿法腐蚀去除黄光LED芯片的P型GaAs衬底7和缓冲层8，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。

6.在去除衬底的黄光LED芯片的P型限制层9的上表面制作P电极13。

7.在蓝光LED芯片的衬底下表面蒸镀电极金属，形成N面电极14，得到如图4所示的白光LED芯片。

本发明采用垂直结构导电蓝光LED，将黄光LED粘结在蓝光LED上，去除黄光LED衬底，与蓝光LED共用一衬底，优点是蓝光SiC衬底散热性好，使器件更稳定可靠，寿命长。且蓝光LED衬底为导电衬底，无需再像中国专利文献CN101465398B公开的《基于二次衬底转移技术的单电极白光LED及其制备方法》那样，由于蓝光LED采用不导电衬底而另外采取传导电流工艺。同时采用透明导电胶进行传导电流，简单易行，不会影响光的出射及蓝光与白光的混合，可使电流扩展均匀，充分利用电流，提高了发光效率低。

Claims (2)

1.一种白光LED芯片，其特征是：包含一个垂直结构的蓝光LED芯片和一个去除了衬底的黄光LED芯片，两个芯片通过透明导电胶粘结在一起，在垂直结构蓝光LED芯片的下表面形成N电极，在去除衬底的黄光LED芯片上表面形成P电极。

2.一种权利要求1所述白光LED芯片的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)按常规MOCVD工艺制备垂直结构蓝光LED芯片，垂直结构蓝光LED芯片依次包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源区和P型GaN层；

(2)按常规MOCVD工艺制备黄光LED芯片，黄光LED芯片依次包括P型GaAs衬底、缓冲层、P型限制层、有源区和N型限制层；

(3)在蓝光LED芯片P型GaN层的上表面涂覆透明导电胶；

(4)使黄光LED芯片的N型限制层朝下，通过透明导电胶将黄光LED芯片与蓝光LED芯片连接在一起；

(5)去除黄光LED芯片的衬底和缓冲层；

(6)在去除衬底的黄光LED芯片的P型限制层上制作P电极；

(7)在蓝光LED芯片的衬底下表面蒸镀电极金属，形成N电极，得到白光LED芯片。

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