CN103022288A

CN103022288A - 一种发光二极管及其制造方法

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Publication number: CN103022288A
Application number: CN2011102885699A
Authority: CN
Inventors: 齐继航; 张旺
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: CN103022288B

Abstract

一种发光二极管，包括：导电衬底；位于导电衬底上的导电层；位于导电层上的N型掺杂的GaN层；位于N型掺杂的GaN层上的发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元；位于发光层上的P型掺杂的GaN层；位于P型掺杂的GaN层上的透明导电层；位于透明导电层上的金属接触电极；三个量子阱发光单元可分别发出紫外光、绿光和蓝光；在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层上设置有红色荧光粉。还提供了一种发光二极管的制造方法，发光层位于N型掺杂的GaN层上，利用紫外光激发红色荧光粉发出红光，然后与绿光和蓝光复合成白光，从而得到高效率、高显色指数的发光二极管。

Description

一种发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体照明器件技术领域，具体涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

半导体发光二极管（LED）作为光源以其功耗低、寿命长、可靠性高等特点，在日常生活中的许多领域得到了普遍的认可，在电子产品中得到广泛的应用，例如显示器背光灯。近年来，以GaN基发光为代表的发光二极管在基础研究和商业应用上取得了很大进步。目前大多数LED照明的发光效率越来越高，均是在牺牲光源显色指数的前提下获得的。高光效低显色指数的照明光源不仅制约LED照明的普及，同时对人体的视觉健康都会产生不利的影响。因此，如何提供一种高光效、高显色指数的LED迫在眉睫。

白光LED即将成为照明市场的主力军，市场潜力巨大。目前白光LED的实现方法主要有三种：一、蓝光LED芯片+黄色荧光粉复合白光；二、RGB三种LED组合形成小型模组复合发出白光；三、紫外LED芯片+三基色荧光粉激发出白光。

当前主流的白光LED是通过第一种方法蓝光激发黄色荧光粉来实现的，此种方法可以获得较高效率、低显指的LED，若是提高显色指数则光效大幅下降。同时，此种荧光粉涂敷在封装行业内无法精确控制其含量，进而影响LED发光的一致性并伴有色斑不均等现象。

发明内容

本发明为解决现有技术LED制造中高效率和高显色指数不能并存的问题，从而提供了一种高效率和高显色指数的发光二极管及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种发光二极管，包括：导电衬底；位于导电衬底上的导电层；位于导电层上的N型掺杂的GaN层；位于N型掺杂的GaN层上的发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元；位于发光层上的P型掺杂的GaN层；位于P型掺杂的GaN层上的透明导电层；位于透明导电层上的金属接触电极；所述三个量子阱发光单元分别可发出紫外光、绿光和蓝光；在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层上设置有红色荧光粉。

本发明还提供了一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：步骤一：提供N型掺杂的GaN层，在所述N型掺杂的GaN层正面上制作发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元，所述三个量子阱发光单元可分别发出紫外光、绿光和蓝光；步骤二：在所述发光层上沉积P型掺杂的GaN层，然后在P型掺杂的GaN层上沉积透明导电层；步骤三：在上述N型掺杂的GaN层反面沉积共晶金属；提供一导电衬底，在导电衬底上沉积共晶金属，将上述两共晶金属进行共晶处理形成导电层；步骤四：在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层上进行刻蚀，在该刻蚀区域上涂覆红色荧光粉；步骤五：在上述透明导电层的部分区域上沉积金属形成接触电极。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的一种发光二极管及其制造方法，发光层位于N型掺杂的GaN层上，属于同质外延，并且利用紫外光激发红色荧光粉发出红光，然后与绿光和蓝光复合成白光，从而得到高效率、高显色指数的发光二极管。

附图说明

图1是本发明实施例发光二极管制造方法的步骤流程图。

图2是本发明实施例发光二极管制作三区域量子阱发光单元示意图。

图3是本发明实施例发光二极管在相邻的多量子阱发光单元的接触部制作增反膜示意图。

图4是本发明实施例发光二极管制作透明导电层示意图。

图5是本发明实施例发光二极管形成导电层示意图。

图6是本发明实施例发光二极管在紫外光上部的透明导电层涂覆红色荧光粉示意图。

图7是本发明实施例发光二极管制作接触电极示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种发光二极管，可以参考图7所示，包括：导电衬底19，位于导电衬底19上的导电层18；位于导电层18上的N型掺杂的GaN层12；位于N型掺杂的GaN层12上的发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元13；位于发光层上的P型掺杂的GaN层16；位于P型掺杂的GaN层16上的透明导电层17；位于透明导电层17上的金属接触电极21；其中，所述三个量子阱发光单元13可分别发出紫外光、绿光和蓝光；在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层17上设置有红色荧光粉20，所述紫外光激发红色荧光粉20生成红光，所述红光、绿光和蓝光混合后成为白光。本发明实施例发光层位于N型掺杂的GaN层上，属于同质外延，并且利用紫外光激发红色荧光粉发出红光，然后与绿光和蓝光复合成白光，从而得到高效率、高显色指数的发光二极管。

本实施例中的量子阱发光单元13均为GaN层和含In离子的GaN层形成的周期性层叠结构，优选5-15个周期的层叠；其中GaN层的厚度为6-15nm，含In离子的GaN层的厚度为2-5nm。量子阱发光单元13共有三个，该三个单元中由于含In离子的GaN层中In含量的不同，分别发出紫外光、绿光和蓝光。为了防止紫外光、绿光和蓝光在发光层中混合，在相邻的量子阱发光单元之间设置有增反膜15，所述增反膜为金属或非金属的氧化物。为了增强发光二极管的导电性能，导电衬底的材料优选为金属，也可以是导电的非金属材料，例如Cu、Si、SiC、GaN等导电的金属或非金属，及金属化合物等。

本发明还提供了一种发光二极管的制造方法，图1是本发明实施例发光二极管制造方法的步骤流程图，该制造方法包括以下步骤：步骤一：提供N型掺杂的GaN层，在所述N型掺杂的GaN层正面上制作发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元，所述三个量子阱发光单元可分别发出紫外光、绿光和蓝光；步骤二：在所述发光层上沉积P型掺杂的GaN层，然后在P型掺杂的GaN层上沉积透明导电层；步骤三：在上述N型掺杂的GaN层反面沉积共晶金属；提供一导电衬底，在导电衬底上沉积共晶金属，将上述两共晶金属进行共晶处理形成导电层；步骤四：在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层上进行刻蚀，在该刻蚀区域上涂覆红色荧光粉；步骤五：在上述透明导电层的部分区域上沉积金属形成接触电极。

本实施例在所述步骤二之前还包括：在相邻的量子阱发光单元的接触部进行刻蚀，然后在刻蚀的区域沉积增反膜；以下以增加了该步骤的制作方法为例说明。图2至图7为发光二极管的制造方法各步骤的示意图，以下结合图2至图7详述发光二极管的制造方法。

步骤一：提供N型掺杂的GaN层12，在所述N型掺杂的GaN层12正面上制作发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元13，所述三个量子阱发光单元可分别发出紫外光、绿光和蓝光。结合图2，是本发明实施例发光二极管制作发光层的示意图，为了方便提供N型掺杂的GaN层12，首先提供一临时衬底10，该临时衬底10优选为蓝宝石（Al2O3）、ZnO、GaN等导电或非导电的金属化合物；在临时衬底10上依次次沉积缓冲层11、N型掺杂的GaN层12，临时衬底10的材料优选为蓝宝石。缓冲层11的材料优选为GaN。沉积缓冲层11和N型掺杂的GaN层12的方法可以采用MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition ，金属有机化合物化学气相沉淀）方法。然后在N型掺杂的GaN层12正面上制作发光层，发光层包括三个量子阱发光单元13。制作发光层有两种方法：

方法一：制作三个多量子阱发光单元13的步骤包括：步骤A：在N型掺杂的GaN层12正面依次生长第一GaN层、第二GaN层；步骤B：在第二GaN层上分三个区域采用步进式离子注入不同浓度的In离子，重复上述步骤A和步骤B，形成三区域量子阱发光单元，本实施例中的第一GaN层的厚度为6-15nm，第二GaN层的厚度为2-5nm，其中第二GaN层是含有In离子的；由于在三个区域中预先设定好了In离子的浓度，可以根据In离子浓度的不同使得多量子阱发光单元可在电致发光下分别发射紫外光、绿光和蓝光。

方法二：制作三个量子阱发光单元的步骤包括：步骤C：在N型掺杂的GaN层12正面利用金属有机化合物化学气相沉淀的方法沉积多量子阱，步骤D：在上述多量子阱上沉积保护膜，利用掩膜板，保留第一区域的多量子阱；步骤E：利用上述步骤得到第二区域和第三区域的多量子阱，这样形成三个量子阱发光单元，所述三个量子阱发光单元分别可发出紫外光、绿光和蓝光。沉积多量子阱的方法可以采用MOCVD方法，然后利用PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)在多量子阱表面沉积SiO2或SiN的保护膜，首先将第一区域通过指定掩膜板进行涂敷光刻胶，使第一区域有保护膜保护，然后通过化学蚀刻的方法将其他区域保护膜和多量子阱处理干净。接下来，在剩余区域表面沉积SiO2或SiN的保护膜，沉积保护膜的方法同上。然后将第二区域通过指定掩膜板进行涂敷光刻胶，使第二区域有保护膜保护，然后通过化学蚀刻的方法将第三区域保护膜和多量子阱处理干净。最后用相同的方法得到第三区域的多量子阱。在沉积多量子阱时设定好In离子的浓度，可以根据不同In离子的浓度使得多量子阱发光单元可在电致发光下分别发射紫外光、绿光和蓝光。

步骤二之前的步骤：在相邻的多量子阱发光单元13的接触部进行刻蚀，然后在刻蚀的区域沉积增反膜；如图3所示，是本发明实施例发光二极管在相邻的量子阱发光单元的接触部制作增反膜示意图。通过掩膜板设计，相邻的量子阱发光单元13的接触部进行干法或湿法刻蚀，并通过PVD（Physical Vapor Deposition，物理气相沉积）或CVD（CVD，Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）沉积的增反膜15，该增反膜15优选为三区域量子阱发光单元中间区域发光颜色的增反膜，这样可以有效阻挡中间区域的光射向两边的发光区域。

步骤二：在所述发光层上沉积P型掺杂的GaN层，然后在P型掺杂的GaN层上沉积透明导电层；如图4所示，是本发明实施例发光二极管制作透明导电层示意图。为了提高P型掺杂的GaN层的质量，在沉积P型掺杂的GaN层16之前，在发光层上生长一层GaN层14；该步骤三中的沉积P型掺杂的GaN层16采用MOCVD方法；沉积透明导电层17优选为PVD方法，该透明导电层的材料优选为：氧化铟锡（ITO）。

步骤三：在上述N型掺杂的GaN层反面沉积共晶金属；提供一导电衬底，在导电衬底上沉积共晶金属，将上述两共晶金属进行共晶处理形成导电层；参考图5，由于步骤一中采用了临时衬底10，该步骤中可将骤二得到的制品倒置，临时衬底10朝上，通过激光剥离、等离子刻蚀或化学机械抛光等方法将临时衬底10和缓冲层11剥离,然后在N型掺杂的GaN层12反面沉积共晶金属，预先提供一导电衬底19，该导电衬底19优选为导电的金属材料，可以优先散热，其次为导电的非金属材料。在该导电衬底表面上采用PVD等技术沉积共晶金属，然后将沉积了共晶金属的衬导电底19放置在沉积了共晶金属的N型掺杂的GaN层12上，将两个共晶金属进行共晶，可以利用设备施加一定压力，并高温加热，致使N型掺杂的GaN层表面和导电衬底表面的共晶金属互相扩散，达到共晶的目的，最终形成导电层18。

步骤四：在所述紫外光上部的透明导电层上进行刻蚀，在该刻蚀区域上涂覆红色荧光粉；参考图6，通过蚀刻等方法，在紫外光上部的透明导电层17上刻蚀出一定区域，然后通过旋转匀胶的荧光粉涂敷工艺进行红色荧光粉20涂敷。具体过程为，将预涂敷的荧光粉添加到的环氧树脂或硅胶中，将芯片将要涂覆荧光粉的一面向上，并吸附在匀胶机真空托盘上，用试管在芯片上滴加适量红色荧光粉溶液，通过设置匀胶机运行程序，主要控制马达的加速度、匀胶机转盘转速、匀胶时间，利用离心力的作用使荧光粉膜层不断变薄并达到预定厚度，最终完成均匀涂敷，并将涂敷好的荧光粉在高温下进行固化。

步骤五：在上述透明导电层的部分区域上沉积金属形成接触电极；参考图7；通过PVD或CVD方法，在上述透明导电层17的部分区域上沉积金属形成接触电极21，所沉积的金属优选为几种金属元素的合金,最表层优选Au、Al、Cu等。

在本实施例中，通过紫外光照射红色荧光粉可以发出红光，该红光结合绿光和蓝光可以复合成为白光；也可以通过调节量子阱发光单元中In的浓度进而调节出不同颜色的光，从而通过各种颜色的光复合后，可以调整出预想的发光颜色。有些实施例中也可以调整量子阱发光单元中紫外光、蓝光和绿光的发光面积，发光区域越大，发光强度越强，或者通过增加或者减小外加电流和电压，进一步控制发光区域内部载流子的复合效率，因此在保证波长前提不变的情况下，通过改善每种颜色的发光强度比例也可改善发光的颜色。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发光二极管，其特征在于，包括：

导电衬底；

位于导电衬底上的导电层；

位于导电层上的N型掺杂的GaN层；

位于N型掺杂的GaN层上的发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元；

位于发光层上的P型掺杂的GaN层；

位于P型掺杂的GaN层上的透明导电层；

位于透明导电层上的金属接触电极；所述三个量子阱发光单元分别可发出紫外光、绿光和蓝光；在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层上设置有红色荧光粉。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光层为GaN层和含In离子的GaN层形成的周期性层叠结构。

3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述GaN层的厚度为6-15nm。

4.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述含In离子的GaN层的厚度为2-5nm。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，相邻的量子阱发光单元之间设置有增反膜。

6.根据权利要求1-5任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述导电衬底的材料为金属或者导电的非金属。

7.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：提供N型掺杂的GaN层，在所述N型掺杂的GaN层正面上制作发光层，所述发光层包括三个量子阱发光单元，所述三个量子阱发光单元分别可发出紫外光、绿光和蓝光；

步骤二：在所述发光层上沉积P型掺杂的GaN层，然后在P型掺杂的GaN层上沉积透明导电层；

步骤三：在上述N型掺杂的GaN层反面沉积共晶金属；提供一导电衬底，在导电衬底上沉积共晶金属，将上述两共晶金属进行共晶处理形成导电层；

步骤四：在发紫外光的量子阱发光单元上部的透明导电层上进行刻蚀，在该刻蚀区域上涂覆红色荧光粉；

步骤五：在上述透明导电层的部分区域上沉积金属形成接触电极。

8.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制作发光层的步骤包括：步骤A：在N型掺杂的GaN层正面依次生长第一GaN层、第二GaN层，步骤B：在第二GaN层上分三个区域注入不同浓度的In离子，重复上述步骤A和步骤B，形成三个量子阱发光单元，所述三个量子阱发光单元分别可发出紫外光、绿光和蓝光。

9.根据权利要求8所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第一GaN层的厚度为6-15nm。

10.根据权利要求8所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述第二GaN层的厚度为2-5nm。

11.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，在所述步骤二之前还包括步骤：在相邻的量子阱发光单元的接触部进行刻蚀，然后在刻蚀的区域沉积增反膜。

12.根据权利要求11所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述三个量子阱发光单元依次排列，所述增反膜为对应中间位置的量子阱发光单元发光颜色的增反膜。

13.根据权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制作发光层的步骤包括：步骤C：在N型掺杂的GaN层正面利用金属有机化合物化学气相沉淀的方法沉积多量子阱，步骤D：在上述多量子阱上沉积保护膜，利用掩膜板，保留第一区域的多量子阱；步骤E：利用上述步骤得到第二区域和第三区域的多量子阱，这样形成三个量子阱发光单元，所述三个量子阱发光单元分别可发出紫外光、绿光和蓝光。