CN102130143B - 白色led芯片及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种白色LED芯片及其形成方法，白色LED芯片，包括：衬底，位于衬底上的第一缓冲层，位于第一缓冲层上的第一有源层，位于第一有源层上的第一帽层；第一沟槽，第一沟槽分别穿过第一缓冲层、第一有源层延伸至第一帽层，在第一沟槽内具有第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层，且第二缓冲层位于衬底上，第二有源层位于第二缓冲层上，第二帽层位于第二有源层上；第二沟槽，第二沟槽分别穿过第一缓冲层、第一有源层延伸至第一帽层，在第二沟槽内具有第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层，且第三缓冲层位于衬底上，第三有源层位于第三缓冲层上，第三帽层位于第三有源层上。使一个LED芯片同时发出红、绿和蓝三种颜色光，在三种颜色光混合后可以发出白光。

Description

白色LED芯片及其形成方法

技术领域

本发明涉及半导体照明领域，尤其涉及一种白色LED芯片及其形成方法。

背景技术

半导体发光二极管即LED(Light Emitting Diode)，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫等色的光。

LED根据发光颜色的不同，分为单色LED和白光LED。二十世纪八十年代出现了超高亮度LED，早期的红色LED的衬底为不透明材料，发光效率为1-2lumens/watt(流明/瓦)；之后对其进行了改进，采用透明的衬底；在所有的超高亮度红色LED中，最好的模型的效率约为9lumens/watt(流明/瓦)，光谱范围通常在650nm-640nm，驱动电流值通常在30mA-50mA，在1.5V电压时发光灰暗。随后开发了在GaP(磷化镓)衬底上形成的高效率红色LED、橙红色LED以及橙色LED；之后又开发了超亮度橙红色LED、橙色LED、黄色LED。第一个绿色LED由GaP(磷化镓)形成，其效率为每瓦数十流明，最大驱动电流通常为30mA；随后出现了高效率GaAlP绿色LED，之后出现了InGaN绿色LED。第一个超亮度宽波带GaN蓝色LED在20世纪90年代由Nichia开发成功，光谱范围跨越紫色、蓝色和绿色区域，波峰宽度为450nm。第一个超亮度SiC蓝色LED在20世纪90年代由Cree开发成功，光谱范围非常宽，尤其在淡蓝色(mid-blue)到紫色光谱范围内强度很强，波峰范围在428-430nm，最大驱动电流约为30mA，通常使用10mA。

对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN衬底发蓝光LED芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp＝465nm，Wd＝30nm)，高温烧结制成的含Ce³⁺的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到白光。现在，对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。

在当前能源日益短缺的情况下，以日本和欧美等为主的发达国家已经在城市公共照明领域进行半导体照明的改造工程，同时，我国政府也在倡导要大力发展LED照明产业，全力推进半导体照明工程，LED照明的国际、国内市场前景巨大。但LED要全面取代传统照明，光效的提升是一个至关重要的环节。白光是一种多颜色的混和光，目前白光LED的制造方法主要有以下几种方式：第一种方法是将R、G、B三色LED晶片封装在一起，通过RGB混光的方式得到白光；第二种是蓝光LED晶片加YAG黄色荧光粉的封装方式，通常以450nm-465nm的蓝色光激发YAG黄色荧光粉产生黄光，该黄光与透过YAG荧光粉而没有被吸收的蓝光混合而产生两波长的白光，这项技术的发明者为日亚化学(美国专利：US5998925)；第三种方法是通过紫外光激发R、G、B三基色荧光粉，从而产生R、G、B三色光混合的白光(美国专利：US5952681)。

(1)通过LED红、蓝、黄的三基色多芯片组合发光合成白光；缺点：三基色光衰不同导致色温不稳定、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，为改变显色性能还可在其中加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉；缺点：一致性差、色温、角度变化。

(3)近紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光。缺点：目前LED芯片效率较低、有紫外光泄漏问题、荧光粉温度稳定性问题有待解决。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种白色LED芯片及其形成方法，以获得出光均匀、色调一致的稳定白光。

为解决上述问题，本发明提供一种白色LED芯片，包括：衬底，位于所述衬底上的第一缓冲层，位于所述第一缓冲层上的第一有源层，位于所述第一有源层上的第一帽层；还包括：

第一沟槽，所述第一沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层，在所述第一沟槽内具有第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层，且所述第二缓冲层位于所述衬底上，所述第二有源层位于所述第二缓冲层上，所述第二帽层位于所述第二有源层上；

第二沟槽，所述第二沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层，在所述第二沟槽内具有第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层，且所述第三缓冲层位于所述衬底上，所述第三有源层位于所述第三缓冲层上，所述第三帽层位于所述第三有源层上；

其中，所述第一有源层、第二有源层、第三有源层分别选自蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层其中之一，且第一有源层、第二有源层、第三有源层分别为不同色彩的有源层。

可选的，所述第一有源层为蓝光有源层，所述第二有源层为绿光有源层，第三有源层为红光有源层。

可选的，所述第一有源层、第二有源层、第三有源层的有源区朝向所述白色LED芯片发光方向的表面的面积比为6∶3∶1。

可选的，还包括多个微透镜，分别位于所述第一帽层、第二帽层以及第三帽层上。

可选的，还包括第一金属接触层，位于所述微透镜与所述第一帽层之间；

第二金属接触层，位于所述微透镜与所述第二帽层之间；

第三金属接触层，位于所述微透镜与所述第三帽层之间。

可选的，所述衬底为碳化硅衬底；

所述第一缓冲层为n-GaN层，所述第二缓冲层为n-GaN层，所述第三缓冲层为n-AlGaInP层；

所述第一有源层为In_0.2Ga_0.8N多量子阱有源层，所述第二有源层为In_0.45Ga_0.55N多量子阱有源层，所述第三有源层为InGaAlP多量子阱有源层；

所述第一帽层为p-GaN层，所述第二帽层为p-GaN层，所述第三帽层为p-AlGaInP层。

可选的，还包括：多个正电极，分别位于所述微透镜的周围；

散热层，位于所述碳化硅衬底的背面。

本发明还提供一种形成白色LED芯片的方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上依次形成第一缓冲层、第一有源层和第一帽层；

形成第一沟槽，所述第一沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至所述第一缓冲层；

在所述第一沟槽内依次形成第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层；

形成第二沟槽，所述第二沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层；

在所述第二沟槽内依次形成第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层；

其中，所述第一有源层、第二有源层、第三有源层分别选自蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层其中之一，且第一有源层、第二有源层、第三有源层分别为不同色彩的有源层。

可选的，所述第一有源层为蓝光有源层，所述第二有源层为绿光有源层，第三有源层为红光有源层。

可选的，所述第一有源层、第二有源层、第三有源层的有源区朝向发光方向的表面的面积比为6∶3∶1。

可选的，还包括：

在所述衬底上依次形成第一缓冲层、第一有源层和第一帽层后，在所述第一帽层上形成第一金属接触层。

可选的，在形成第一金属接触层后，所述形成第一沟槽包括：

在所述第一金属接触层上形成硬掩膜层；

在所述硬掩膜层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层以及硬掩膜层；

以所述图形化的光刻胶层以及硬掩膜层为掩膜依次蚀刻所述第一帽层、第一有源层、第一缓冲层，以形成第一沟槽。

可选的，还包括：在所述第一沟槽内形成第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层后，在所述第二帽层上、第一沟槽内形成第二金属接触层。

可选的，在形成第二金属接触层后，所述形成第二沟槽包括：

在所述第一金属接触层和第二金属接触层上形成硬掩膜层；

在所述硬掩膜层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层以及硬掩膜层；

以图形化的光刻胶层以及硬掩膜层为掩膜蚀刻所述第一帽层、第一有源层、第一缓冲层，以形成第二沟槽。

可选的，还包括：在所述第二沟槽内形成第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层后，在所述第三帽层上、第二沟槽内形成第三金属接触层。

可选的，还包括形成多个微透镜，分别位于所述第一金属接触层、第二金属接触层以及第三金属接触层上。

可选的，所述形成微透镜包括：

在所述第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层上光刻形成多个光刻胶圆形台；

在温度为150℃～200℃范围内，对所述光刻胶圆形台烘烤，使所述光刻胶圆形台变为球冠状光刻胶；

以所述球冠状光刻胶为掩膜，离子束刻蚀所述第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层形成多个微透镜。

可选的，所述衬底为碳化硅衬底；

所述第一缓冲层为n-GaN层，所述第二缓冲层为n-GaN层，所述第三缓冲层为n-AlGaInP层；

所述第一有源层为In_0.2Ga_0.8N多量子阱有源层，所述第二有源层为In_0.45Ga_0.55N多量子阱有源层，所述第三有源层为InGaAlP多量子阱有源层；

所述第一帽层为p-GaN层，所述第二帽层为p-GaN层，所述第三帽层为p-AlGaInP层。

可选的，还包括：形成多个正电极，分别位于所述微透镜的周围；

在位于所述碳化硅衬底的背面形成散热层。

可选的，所述形成多个正电极包括：

在所述微透镜以及金属接触层组成的表面上形成导电层；

光刻、刻蚀图形化所述导电层形成多个正电极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过在单色LED芯片内形成第一沟槽和第二沟槽，在第一沟槽和第二沟槽内分别形成另两种单色的LED芯片，在控制LED芯片发光时，可以同时使一个LED芯片发出红、绿和蓝三种颜色光，在三种颜色光混合后可以发出白光；并且相对于现有技术中分别控制三片芯片，本发明由于是对同一芯片的控制，因此控制简单。

而且，在本发明的一具体实施例中，优化有源区的面积，蓝光的有源区、绿光的有源区和红光的有源区的面积比为6∶3∶1，通过控制LED芯片可以使其发出出光均匀、色调一致的稳定白光。

附图说明

图1是本发明第一具体实施例的白色LED芯片的剖面结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的形成白色LED芯片的流程图；

图3a～图3h是本发明具体实施例的形成白色LED芯片的剖面结构示意图；

图4是本发明第二具体实施例的白色LED芯片的剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明具体实施方式的白色LED芯片以及其形成方法，通过在单色LED芯片内形成第一沟槽和第二沟槽，在第一沟槽和第二沟槽内分别形成另两种单色的LED芯片，在控制LED芯片发光时，可以同时使一个LED芯片同时发出红、绿和蓝三种颜色光，在三种颜色光混合后可以发出白光，并且由于是对同一芯片的控制因此控制简单。而且，在本发明的一具体实施例中，优化有源区的面积，蓝光的有源区、绿光的有源区和红光的有源区的面积比为6∶3∶1，通过控制LED芯片可以使其发出出光均匀、色调一致的稳定白光。

为了使本领域技术人员可以更好的理解本发明的精神，下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1是本发明具体实施例的白色LED芯片的剖面结构示意图，参考图1，本发明的白色LED芯片，包括：衬底10，位于所述衬底10上的第一缓冲层11，位于所述第一缓冲层11上的第一有源层12，位于所述第一有源层12上的第一帽层13；还包括：第一沟槽14，所述第一沟槽14分别穿过所述第一帽层13、第一有源层12延伸至第一缓冲层11，在所述第一沟槽14内具有第二缓冲层141、第二有源层142以及第二帽层143，且所述第二缓冲层141位于所述衬底10上，所述第二有源层142位于所述第二缓冲层141上，所述第二帽层143位于所述第二有源层142上；第二沟槽15，所述第二沟槽15分别穿过所述第一帽层13、第一有源层12延伸至第一缓冲层11，在所述第二沟槽15内具有第三缓冲层151、第三有源层152以及第三帽层153，且所述第三缓冲层151位于所述衬底10上，所述第三有源层152位于所述第三缓冲层151上，所述第三帽层153位于所述第三有源层152上；其中，所述第一有源层12、第二有源层142、第三有源层152分别选自蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层其中之一，且第一有源层12、第二有源层142、第三有源层152分别为不同色彩的有源层。

在本发明的具体实施例中，所述衬底10为碳化硅衬底；所述第一缓冲层11为n-GaN层，所述第二缓冲层141为n-GaN层，所述第三缓冲层151为n-AlGaInP层；所述第一有源层12为In_0.2Ga_0.8N多量子阱有源层，为蓝光有源层，发射的蓝光的波长为470nm，在其他实施例中，也可以为单量子阱有源层以及本领域技术人员公知的其他有源层；所述第二有源层142为In_0.45Ga_0.55N多量子阱有源层，为绿光有源层，发射的绿光的波长为525nm，在其他实施例中，也可以为单量子阱有源层以及本领域技术人员公知的其他有源层；所述第三有源层152为InGaAlP多量子阱有源层，为红光有源层，发射的红光的波长为610nm，在其他实施例中，也可以为单量子阱有源层以及本领域技术人员公知的其他有源层；所述第一帽层13为p-GaN(p-Al_0.18Ga_0.82N)层，所述第二帽层143为p-GaN层，所述第三帽层153为p-AlGaInP层。

在本发明的具体实施例中，所述第一有源层12、第二有源层142、第三有源层152的有源区朝向白色LED芯片发光方向的表面的面积比为6∶3∶1，通过这样的比例，即蓝光的发光面积、绿光的发光面积、红光的发光面积比为6∶3∶1，图示中仅是示例，并没有严格按照比例示意蓝光的发光面积、绿光的发光面积、红光的发光面积，这样可以优化三种颜色光的发光面积，通过控制LED芯片使本发明的白色LED芯片发光时，可以使其发出出光均匀、色调一致的稳定白光。

在图1所示的本发明的具体实施例中，本发明的白色LED芯片还包括多个微透镜16，分别位于所述第一帽层13、第二帽层143以及第三帽层153上；还包括正电极17和负电极18，所述负电极18为一层电极，位于所述衬底10的背面上，该负电极18还起反射层作用，还可以起到散热作用，即负电极18也为散热层，发射至负电极上的光线可以由负电极反射后经芯片表面发出；所述正电极17为多个，分别位于所述微透镜16的周围；所述正电极17所用的金属为Ni或者Au，所述负电极18所用的金属材料为Ti或Al或Au。还包括第一金属接触层19，位于所述微透镜16与所述第一帽层13之间，第二金属接触层144，位于所述微透镜16与所述第二帽层143之间；第三金属接触层154，位于所述微透镜16与所述第三帽层153之间。所述第一金属接触层19和第二金属接触层144材料为p-GaN，所述第三金属接触层154的材料为P-AlGaInP，所述微透镜16材料与其接触的金属接触层的材料相同，也就是说，位于第一金属接触层19上的微透镜的材料与第一金属接触层的材料相同，位于第二金属接触层144上的微透镜的材料与第二金属接触层的材料相同，位于第三金属接触层154上的微透镜的材料与第三金属接触层的材料相同。

在本发明的该具体实施例中，所述第一有源层12为蓝光有源层，所述第二有源层142为绿光有源层，第三有源层152为红光有源层。在其他实施例中，也可以为第一有源层12为绿光有源层，所述第二有源层142为蓝光有源层，第三有源层152为红光有源层，可以为其他组合方式，在此不一一详述。所述衬底也可以使用蓝宝石衬底。需要说明的是，如果衬底为蓝宝石衬底，由于蓝宝石不导电，负电极必须与缓冲层接触，此为本领域公知常识，此不做详细说明。

以上所述为本发明一具体实施例的白色LED芯片，本发明的其他具体实施例中，参考图4，正电极可以直接形成在第一帽层、第二帽层以及第三帽层上，没有微透镜层和金属接触层。也可以为，正电极直接形成在金属接触层上，没有微透镜层。

图2为本发明具体实施方式的形成白色LED芯片的流程图，参考图2，本发明具体实施方式的形成白色LED芯片的方法，包括：

步骤S1，提供衬底；

步骤S2，在所述衬底上依次形成第一缓冲层、第一有源层和第一帽层；

步骤S3，形成第一沟槽，所述第一沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层；

步骤S4，在所述第一沟槽内依次形成第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层，且所述第二缓冲层位于所述衬底上，所述第二有源层位于所述第二缓冲层上，所述第二帽层位于所述第二有源层上；

步骤S5，形成第二沟槽，所述第二沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层；

步骤S6，在所述第二沟槽内依次形成第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层，且所述第三缓冲层位于所述衬底上，所述第三有源层位于所述第三缓冲层上，所述第三帽层位于所述第三有源层上。

下面结合图3a～图3h详细说明本发明具体实施例的形成白色LED芯片的方法。

结合参考图2和图3a，执行步骤S1，提供衬底10：衬底10可以为碳化硅(SiC)衬底，蓝宝石衬底(Al₂O₃)，在本发明的具体实施例中，采用碳化硅(SiC)衬底。

结合参考图2和图3b，执行步骤S2，在所述衬底10上依次形成第一缓冲层11、第一有源层12和第一帽层13：利用金属有机物化学气相沉积MOCVD形成第一缓冲层11，第一缓冲层11的材料为n-GaN(n-Al_0.09Ga_0.91N)；之后利用金属有机物化学气相沉积MOCVD形成第一有源层12，材料为In_0.2Ga_0.8N，为蓝光有源层，发射的蓝光的波长为470nm，其为多量子阱有源层，也可以为单量子阱有源层以及其他有源层；然后，利用金属有机物化学气相沉积MOCVD形成第一帽层13，第一帽层13的材料为p-GaN(p-Al_0.18Ga_0.82N)。本发明中，形成第一缓冲层，第一有源层以及第一帽层的方法为本领域技术人员的公知常识，在此不做详细说明。

在本发明的具体实施例中，在形成第一帽层13之后还包括形成第一金属接触层19，第一金属接触层19形成于第一帽层13上，其形成方法为金属有机物化学气相沉积MOCVD，其材料为p-GaN(p-Al_0.09Ga_0.91N)，该形成第一金属接触层的方法为本领域公知常识，在此不做详细说明。

结合参考图2和图3c，执行步骤S3，形成第一沟槽，所述第一沟槽分别穿过所述第一金属接触层19、第一帽层13、第一有源层12延伸至第一缓冲层11，具体为：在本发明在所述第一金属接触层19上形成硬掩膜层20，该硬掩膜层20可以为氧化硅层，其形成方法为化学气相沉积CVD；在所述硬掩膜层20上形成光刻胶层(图中未示)；图形化所述光刻胶层以及硬掩膜层，在硬掩膜层以及光刻胶层上形成第一开口201；以图形化的光刻胶层以及硬掩膜层20为掩膜依次蚀刻第一金属接触层19、第一帽层13、第一有源层12、第一缓冲层13形成第一沟槽14，蚀刻方法为湿法刻蚀，其为本领域公知常识。

执行完步骤S3，形成第一沟槽14后，结合参考图2和图3d，执行步骤S4，在所述第一沟槽14内依次形成第二缓冲层141、第二有源层142以及第二帽层143，且所述第二缓冲层141位于所述衬底10上，所述第二有源层142位于所述第二缓冲层141上，所述第二帽层143位于所述第二有源层142上，具体为：利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在第一沟槽14的底部上形成第二缓冲层141，第二缓冲层141的材料为n-GaN；之后利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在第二缓冲层141上形成第二有源层142，材料为In_0.45Ga_0.55N，为绿光有源层，发射的绿光的波长为525nm，其为多量子阱有源层，也可以为单量子阱有源层以及其他有源层；然后，利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在第二有源层142上形成第二帽层143，第二帽层143的材料为p-GaN。本发明中，形成第二缓冲层，第二有源层以及第二帽层的方法为本领域技术人员的公知常识，在此不做详细说明。并且，在本发明的具体实施例中，第一缓冲层与第二缓冲层的厚度相同，第一有源层与第二有源层的厚度相同，第一帽层与第二帽层的厚度相同。在本发明的具体实施例中，在第二帽层143上还形成有第二金属接触层144，其形成方法也为金属有机物化学气相沉积MOCVD，其材料为p-GaN(p-Al_0.09Ga_0.91N)。

需要说明的是，在形成第二缓冲层、第二帽层以及第二有源层后，去除硬掩膜层20，或者在形成第一沟槽后，去除硬掩膜层20

执行步骤S4，在所述第一沟槽14内依次形成第二缓冲层141、第二有源层142以及第二帽层143后，结合参考图2和图3e，执行步骤S5，形成第二沟槽15，所述第二沟槽15分别穿过所述第一帽层13、第一有源层12延伸至第一缓冲层11，具体为：在所述第一金属接触层19和第二金属接触层144上形成硬掩膜层21；在所述硬掩膜层21上形成光刻胶层(图中未示)；利用光刻、刻蚀工艺，图形化所述光刻胶层以及硬掩膜层21，在所述光刻胶层以及硬掩膜层上形成第二开口211；以图形化的光刻胶层以及硬掩膜层21为掩膜依次蚀刻第一金属接触层19、第一帽层13、第一有源层12、第一缓冲层13形成第二沟槽15。

执行完步骤S5，形成第二沟槽15后，结合参考图2和图3f，执行步骤S6，在所述第二沟槽15内依次形成第三缓冲层151、第三有源层152以及第三帽层153，且所述第三缓冲层151位于所述衬底10上，所述第三有源层152位于所述第三缓冲层151上，所述第三帽层153位于所述第三有源层152上，具体为：利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在第二沟槽15的底部上形成第三缓冲层151，第三缓冲层151的材料为n-AlGaInP；之后利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在第三缓冲层151上形成第三有源层152，材料为InGaAlP(铟镓铝磷)，为红光有源层，发射的红光的波长为610nm，其为多量子阱有源层，也可以为本领域技术人员公知的单量子阱有源层以及其他有源层；然后，利用金属有机物化学气相沉积MOCVD在第三有源层152上形成第三帽层153，第三帽层153的材料为p-AlGaInP。本发明中，形成第三缓冲层，第三有源层以及第三帽层的方法为本领域技术人员的公知常识，在此不做详细说明。并且，在本发明的具体实施例中，第一缓冲层与第三缓冲层的厚度相同，第一有源层与第三有源层的厚度相同，第一帽层与第三帽层的厚度相同。在本发明的具体实施例中，在第三帽层153上还形成有第三金属接触层154，其形成方法也为金属有机物化学气相沉积MOCVD，其材料为p-AlGaInP。

在本发明的具体实施例中，参考图3g，还包括形成微透镜16，在所述第一金属接触层19、第二金属接触层144和第三金属接触层154上光刻形成多个厚度为2～4μm，直径为50～200μm的光刻胶圆形台；在温度为150℃～200℃范围内，对所述光刻胶圆形台烘烤，使所述光刻胶圆形台变为球冠状光刻胶；以所述球冠状光刻胶为掩膜，离子束刻蚀所述第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层形成多个微透镜16，具体为：以所述球冠状光刻胶为掩膜，对所述球冠状光刻胶与所述第一金属接触层、第二金属接触层、第三金属接触层进行保形刻蚀，即对光刻胶与第一金属接触层、第二金属接触层、第三金属接触层的刻蚀速率基本相同，因此在第一金属接触层、第二金属接触层、第三金属接触层上形成与球冠状光刻胶基本相同的微透镜。在本发明的具体实施例中，第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层的材料相同，可以同时对第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层进行离子束刻蚀。在其他实施例中，如果第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层材料不同，可以分别对第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层进行离子束刻蚀。

在形成微透镜16后，需要形成LED芯片的电极，参考图3h，分别包括形成正电极17和负电极18，在本发明具体实施例中，衬底为碳化硅SiC衬底，由于碳化硅可以导电，负电极18为一层电极，形成于衬底10的背面。形成正电极17的具体步骤包括：在所述第一金属接触层19、第二金属接触层144、第三金属接触层154以及微透镜的表面上沉积导电层；经光刻、刻蚀图形化所述导电层形成正电极17，正电极17分别位于微透镜的四周。所述正电极17所用的金属为Ni或者Au，所述负电极18所用的金属材料为Ti或Al或Au，负电极18同时也起散热的作用，为散热层，另外还可以起反射作用。

图4为本发明第二具体实施例的白色LED芯片的剖面结构示意图。该第二具体实施例的单色LED芯片与第一具体实施例的单色LED芯片的不同在于：不包括微透镜以及金属接触层。由于不包括微透镜以及金属接触层，因此形成沟槽以及正电极的步骤与第一具体实施例不同。所述形成第一沟槽包括：在所述第一帽层13上形成硬掩膜层；在所述硬掩膜层上形成光刻胶层；图形化所述光刻胶层，以图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀硬掩膜层，图形化所述硬掩膜层，以图形化的光刻胶层和硬掩膜层为掩膜依次刻蚀所述第一帽层13、第一有源层12和第一缓冲层11形成第一沟槽14。所述形成第二沟槽15包括：在所述第一帽层13和第二帽层142上形成光刻胶层；图形化所述光刻胶层，以图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀硬掩膜层，图形化所述硬掩膜层，以图形化的光刻胶层和硬掩膜层为掩膜依次刻蚀所述第一帽层13、第一有源层12和第一缓冲层11形成所述第二沟槽15。

需要说明的是，本发明具体实施例中，形成第一沟槽以及第二沟槽的蚀刻方法湿法刻蚀，在本发明的其他实施例中，也可以为利用等离子刻蚀形成第一沟槽以及第二沟槽，此为本领域公知常识，此不做详细描述。

本发明具体实施例的白色LED芯片以及其形成方法，通过在单色LED芯片内形成第一沟槽和第二沟槽，在第一沟槽和第二沟槽内分别形成另两种单色的LED芯片，在控制LED芯片发光时，可以同时使一个LED芯片同时发出红、绿和蓝三种颜色光，在三种颜色光混合后可以发出白光，并且由于是对同一芯片的控制因此控制简单。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (18)

1.一种白色LED芯片，其特征在于，包括：衬底，位于所述衬底上的第一缓冲层，位于所述第一缓冲层上的第一有源层，位于所述第一有源层上的第一帽层；还包括：

第一沟槽，所述第一沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层，在所述第一沟槽内具有第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层，且所述第二缓冲层位于所述衬底上，所述第二有源层位于所述第二缓冲层上，所述第二帽层位于所述第二有源层上；

第二沟槽，所述第二沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层，在所述第二沟槽内具有第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层，且所述第三缓冲层位于所述衬底上，所述第三有源层位于所述第三缓冲层上，所述第三帽层位于所述第三有源层上；

其中，所述第一有源层、第二有源层、第三有源层分别选自蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层其中之一，且第一有源层、第二有源层、第三有源层分别为不同色彩的有源层；所述蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层的有源区朝向所述白色LED芯片发光方向的表面的面积比为6:3:1。

2.如权利要求1所述的白色LED芯片，其特征在于，所述第一有源层为蓝光有源层，所述第二有源层为绿光有源层，第三有源层为红光有源层。

3.如权利要求1～2任一项所述的白色LED芯片，其特征在于，还包括多个微透镜，分别位于所述第一帽层、第二帽层以及第三帽层上。

4.如权利要求3所述的白色LED芯片，其特征在于，还包括第一金属接触层，位于所述微透镜与所述第一帽层之间；

第二金属接触层，位于所述微透镜与所述第二帽层之间；

第三金属接触层，位于所述微透镜与所述第三帽层之间。

5.如权利要求4所述的白色LED芯片，其特征在于，所述衬底为碳化硅衬底；

所述第一缓冲层为n-GaN层，所述第二缓冲层为n-GaN层，所述第三缓冲层为n-AlGaInP层；

所述第一有源层为In_0.2Ga_0.8N多量子阱有源层，所述第二有源层为In_0.45Ga_0.55N多量子阱有源层，所述第三有源层为InGaAlP多量子阱有源层；

所述第一帽层为p-GaN层，所述第二帽层为p-GaN层，所述第三帽层为p-AlGaInP层。

6.如权利要求5所述的白色LED芯片，其特征在于，还包括：多个正电极，分别位于所述微透镜的周围；

散热层，位于所述碳化硅衬底的背面。

7.一种形成白色LED芯片的方法，其特征在于包括：

提供衬底；

在所述衬底上依次形成第一缓冲层、第一有源层和第一帽层；

形成第一沟槽，所述第一沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至所述第一缓冲层；

在所述第一沟槽内依次形成第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层；

形成第二沟槽，所述第二沟槽分别穿过所述第一帽层、第一有源层延伸至第一缓冲层；

在所述第二沟槽内依次形成第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层；

其中，所述第一有源层、第二有源层、第三有源层分别选自蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层其中之一，且第一有源层、第二有源层、第三有源层分别为不同色彩的有源层；所述蓝光有源层、绿光有源层以及红光有源层的有源区朝向所述白色LED芯片发光方向的表面的面积比为6:3:1。

8.如权利要求7所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述第一有源层为蓝光有源层，所述第二有源层为绿光有源层，第三有源层为红光有源层。

9.如权利要求7～8任一项所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，还包括：

在所述衬底上依次形成第一缓冲层、第一有源层和第一帽层后，在所述第一帽层上形成第一金属接触层。

10.如权利要求9所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，在形成第一金属接触层后，所述形成第一沟槽包括：

在所述第一金属接触层上形成硬掩膜层；

在所述硬掩膜层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层以及硬掩膜层；

以所述图形化的光刻胶层以及硬掩膜层为掩膜依次蚀刻所述第一金属接触层、第一帽层、第一有源层、第一缓冲层，以形成第一沟槽。

11.如权利要求10所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，还包括：在所述第一沟槽内形成第二缓冲层、第二有源层以及第二帽层后，在所述第二帽层上、第一沟槽内形成第二金属接触层。

12.如权利要求11所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，在形成第二金属接触层后，所述形成第二沟槽包括：

在所述第一金属接触层和第二金属接触层上形成硬掩膜层；

在所述硬掩膜层上形成光刻胶层；

图形化所述光刻胶层以及硬掩膜层；

以图形化的光刻胶层以及硬掩膜层为掩膜蚀刻所述第一金属接触层、第一帽层、第一有源层、第一缓冲层，以形成第二沟槽。

13.如权利要求12所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，还包括：在所述第二沟槽内形成第三缓冲层、第三有源层以及第三帽层后，在所述第三帽层上、第二沟槽内形成第三金属接触层。

14.如权利要求13所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，还包括形成多个微透镜，分别位于所述第一金属接触层、第二金属接触层以及第三金属接触层上。

15.如权利要求14所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述形成微透镜包括：

在所述第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层上光刻形成多个光刻胶圆形台；

在温度为150℃～200℃范围内，对所述光刻胶圆形台烘烤，使所述光刻胶圆形台变为球冠状光刻胶；

以所述球冠状光刻胶为掩膜，离子束刻蚀所述第一金属接触层、第二金属接触层和第三金属接触层形成多个微透镜。

16.如权利要求15所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述衬底为碳化硅衬底；

所述第一缓冲层为n-GaN层，所述第二缓冲层为n-GaN层，所述第三缓冲层为n-AlGaInP层；

所述第一有源层为In_0.2Ga_0.8N多量子阱有源层，所述第二有源层为In_0.45Ga_0.55N多量子阱有源层，所述第三有源层为InGaAlP多量子阱有源层；

所述第一帽层为p-GaN层，所述第二帽层为p-GaN层，所述第三帽层为p-AlGaInP层。

17.如权利要求16所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，还包括：形成多个正电极，分别位于所述微透镜的周围；

在位于所述碳化硅衬底的背面形成散热层。

18.如权利要求17所述的形成白色LED芯片的方法，其特征在于，所述形成多个正电极包括：

在所述微透镜以及金属接触层组成的表面上形成导电层；

光刻、刻蚀图形化所述导电层形成多个正电极。

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