CN103296046B

CN103296046B - 一种led发光器件

Info

Publication number: CN103296046B
Application number: CN201210054408.8A
Authority: CN
Inventors: 李喆; 张俊
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: CN103296046A

Abstract

本发明公开一种LED发光器件，其特征在于，包括基底以及发光层，该发光层包括第一、第二发光层，该第一第二发光层水平布设于该基底表面。本发明所提供的LED发光器件可直接组合成彩色，不需要荧光粉，节省封装成本，提高发光效率，降低光学参数不一致的风险。

Description

一种LED发光器件

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造领域，尤其涉及一种LED发光器件。

背景技术

LED作为新一代的照明产品，正以其长寿命、节能环保、智能可控等特点逐步进入照明市场并逐渐替代白炽灯、节能灯等传统照明光源。作为照明用的光源主要需求发出白光，但是当前LED芯片在可见光的发光波段主要集中在蓝光、红光、绿光和黄光的单色光波段。而照明所需要的白光主要通过LED封装器件产生。如专利CN102064170A、CN101241962、CN102064169A、CN101714603A所公开的内容所示，现有技术中常用的LED有三种方式：1、通过蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，然后复合出白光；2、RGB芯片复合出白光或各种彩色光；3、UV芯片激发三基色荧光粉发出白光。对于第一种方式，黄色荧光粉的寿命和发光效率直接影响到了器件的整体性能，并且，荧光粉的调配比例不均匀、荧光粉涂覆不均匀也会影响LED封装器件的光学参数一致性；对于第二种方式，由于RGB三种LED芯片的光电特性不同，光衰曲线不同，所以要求的驱动电路也比较复杂，成本较高。目前此方式没有用于白光照明的用途中；对于第三种方式，虽然UVLED激发三基色荧光粉可以实现高显色指数，但是UVLED的封装目前技术不成熟，其芯片的发光效率也不高，目前也未用在白光照明领域，仅在特殊领域有所应用。

现有技术中最常用的第一种白光产生方式中，蓝光LED芯片的生产已经较为成熟，其中，工艺最普遍、应用最广的为蓝宝石衬底LED芯片。此种芯片以蓝宝石为衬底，GaN（氮化镓）作为外延层中的N型掺杂和P型掺杂的基底，InGaN（铟氮化稼）作为有源层。目前，已有研究白光LED芯片的专利集中于在蓝光外延层上继续生长黄光外延层，然后由蓝光和黄光复合出白光，其结构为垂直生长结构，但是其外延层的元素不同；在蓝光芯片上直接镀荧光粉；红绿蓝三种外延垂直生长于一体，然后复合出白光，其结构也为垂直生长结构。垂直生长结构的白光LED芯片在各单色光通过上层发光层时会发生光损失，这不利于光效的提高，并且这三种在LED芯片级产生白光的方式在工艺上还不成熟。

因此，现有技术中亟需要一种新的LED发光器件，不但具有单一发光层，且发光效率较现有技术中常见的有所提高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种新的LED发光器件，具有单一发光层，且发光效率高。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种LED发光器件，其特征在于，包括基底以及发光层，该发光层包括第一、第二发光层，该第一第二发光层水平布设于该基底表面。

更进一步地，该第一发光层位蓝光发光层、第二发光层为黄光发光层，该第一、第二发光层发出的光复合生成白光。该第一以及第二发光层由铟氮化稼组成有源层。该发光层还包括第三发光层，该第一、第二以及第三发光层水平布设于该基底表面。

更进一步地，该第一发光层为红光发光层，该第二发光层为绿光发光层，该第三发光层为蓝光发光层，该第一、第二、第三发光层发出的光复合生成白光。该第一、第二以及第三发光层由氮化稼或铟氮化稼组成有源层。该发光层之间包括一二氧化硅层。该基底包括蓝宝石衬底、形成于该蓝宝石衬底一表面的N型氮化镓，该发光层形成于该N型氮化镓表面。还包括P型氮化镓、导电层，依序形成于该发光层上。该基底还包括一缓冲层，该缓冲层位于该蓝宝石衬底和该N型氮化镓之间。该LED发光器件还包括P型电极和N型电极，该P型电极形成于该发光层，该N型电极形成于该N型氮化镓表面。该LED发光器件还包括绝缘保护层，形成于该基底表面保护该基底、该发光层、该P型氮化镓、该导电层，并外露出该P型电极与N型电极。该发光层均匀地分布在该基底上，且该发光层的形状相同。该发光层的形状均为对称的几何图形。该发光层的形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形或等腰三角形。

与现有技术相比较，本发明所提供的LED发光器件及制备方法可直接组合成彩色，不需要荧光粉，节省封装成本，提高发光效率，降低光学参数不一致的风险。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的LED发光器件的结构示意图；

图2是制造本发明所涉及的LED发光器件的工艺流程图；

图3是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之一；

图4是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之二；

图5是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之三；

图6是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之四；

图7是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之五；

图8是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之六；

图9是本发明所涉及的LED发光器件的三种发光层的布局形状结构示意图。

主要图示说明

第一发光层101第二发光层102

第三发光层103ITO导电层104

保护膜、二氧化硅401P电极201

P型GaN202N电极203

N型GaN204蓝宝石衬底301

缓冲层302光刻胶（负胶）402

光刻胶（正胶）403。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

现有技术中所使用的LED芯片只具有单一发光层，本发明结构特征为具有三种颜色发光层的水平结构。

图1是本发明所涉及的LED芯片的结构示意图。如图1中所示，该LED芯片为水平结构，在同一N型GaN上生长三种发光层。其结构包括蓝宝石衬底301、缓冲层302、N型GaN204、第一发光层101、第二发光层102、第三发光层103、P型GaN202、P型电极、N型电极、ITO（IndiumTinOxidesN型氧化物半导体-氧化铟锡）导电层104和保护膜401。该三种发光层分别为红光发光层、绿光发光层和蓝光发光层，发光层为InGaN/GaN量子阱结构。

本实施例中的三种发光层依次为红光发光层、绿光发光层和蓝光发光层。根据白光发光原理，也可以利用该工艺生长蓝光发光层和黄光发光层，以此复合出白光。该工艺中产生的有源层为InGaN。根据光刻工艺，三种发光层的形状可以根据需要进行不同的图形化处理。

本实施例工艺主要步骤如图2中所示，图2是制造本发明所涉及的LED发光器件的工艺流程图。该制造本发明所涉及的LED发光器件的方法包括：步骤一、在蓝宝石衬底301上生长缓冲层302，其中，蓝宝石衬底301厚度约为300~500um，缓冲层302厚度约在30~100nm；步骤二、在缓冲层302上继续生长N型GaN204，其厚度约为2~6um；步骤三、在N型GaN204上分别生长第一发光层101、第二发光层102和第三发光层103，每层发光层的厚度为20~100nm；步骤四、生长P型GaN202，厚度约为0.2~0.8um；步骤五、在P型GaN202上做ITO导电层104。步骤六、制作P型和N型电极。

以下将结合附图3至8详细说明如何制造该LED发光器件。

本发明的详细实施步骤如下，如图3中所示，图3是制造本发明所涉及的LED发光器件的的详细工艺流程图之一：1、选择蓝宝石衬底301，在蓝宝石衬底301上做相应的PSS工艺；2、在蓝宝石衬底上301生长缓冲层302作为N型GaN204的缓冲，解决晶格失配问题；3、在缓冲层302上生长N型GaN204；4、在N型GaN204上镀SiO2保护层；5、在SiO2层上涂覆光刻胶402；6、采用光刻设备进行曝光；7、显影，清洗光刻胶402和二氧化硅401；8、清洗光刻胶402；9、在显影处的图形中生长第一发光层101，该发光层为InGaN。

图4是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之二，如图4中所示。10、镀SiO2保护层，以保护第一发光层101；11、涂覆光刻胶402；12、采用光刻设备进行曝光；13、显影，清洗光刻胶402和二氧化硅401；14、清洗光刻胶402；15、在显影处的图形中生长第二发光层102。

图5是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之三，如图5中所示。16、镀SiO2保护层以保护第二发光层102；17、在SiO2保护层上涂覆光刻胶402；18、采用光刻设备进行曝光；19、显影，清洗光刻胶402和二氧化硅401；20、清洗光刻胶402；21、在显影处的图形中生长第三发光层103。

图6是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之四，如图6中所示。22、化学方法清洗SiO2保护层；23、生长P型GaN202，P型GaN202的厚度大于三种发光层；24、在P型GaN202上旋涂光刻胶403；25、采用光刻设备进行曝光；26、显影，采用刻蚀设备进行刻蚀，直至露出N型GaN204；27、清洗光刻胶403。

图7是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之五，如图7中所示。28、旋涂光刻胶403；29、采用光刻设备进行曝光；30、显影、，清洗光刻胶403；31、蒸镀ITO导电层104；32、清洗光刻胶403，同时去除生长在光刻胶403上的ITO导电层10433、镀SiO2保护层已实现发光层之间的绝缘并保护器件结构；34、在SiO2保护层上涂覆光刻胶403；35、采用光刻设备进行曝光。

图8是制造本发明所涉及的LED发光器件的详细工艺流程图之六，如图8中所示。36、显影，采用刻蚀设备进行刻蚀并清洗图形处的SiO2保护层，露出ITO导电层104及N型GaN204；37、清洗光刻胶403；38、在ITO上制作P电极201，在露出的N型GaN204上制作N电极。

如图3所示为芯片样例上的三种发光层101、102、103的布局及形状，发光层的形状为对称的几何图形。发光层可以做成三角形、矩形和圆形等形状，布局可以以三角排列或平行排列等方式。后续可以通过芯片封装及灯具的光学设计实现各种不同的光学效果。此外本发明封装后加驱动电路可应用于显示器中，其驱动电路和传统液晶显示器类似，此略。尽管本发明采用了三角形、矩形和圆形等形状布局作为实施例进行说明，但是只要是水平排布不同色光复合成白光的结构，都在本发明的权利要求范围内。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims

1.一种LED发光器件，其特征在于，包括基底以及发光层，所述发光层包括第一、第二发光层，所述第一、第二发光层水平布设于所述基底表面；所述基底包括蓝宝石衬底、形成于所述蓝宝石衬底一表面的N型氮化镓，所述发光层形成于所述N型氮化镓表面；所述LED发光器件还包括P型电极和N型电极，所述P型电极的数量与所述发光层的数量相同，并形成于所述发光层，所述N型电极为一个，形成于所述N型氮化镓表面。

2.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述第一发光层为蓝光发光层、第二发光层为黄光发光层，所述第一、第二发光层发出的光复合生成白光。

3.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述第一以及第二发光层由铟氮化稼组成有源层。

4.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述发光层还包括第三发光层，所述第一、第二以及第三发光层水平布设于所述基底表面。

5.如权利要求4所述的LED发光器件，其特征在于，所述第一发光层为红光发光层，所述第二发光层为绿光发光层，所述第三发光层为蓝光发光层，所述第一、第二、第三发光层发出的光复合生成白光。

6.如权利要求4所述的LED发光器件，其特征在于，所述第一、第二以及第三发光层由氮化稼或铟氮化稼组成有源层。

7.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述发光层之间包括一二氧化硅层。

8.如权利要求1所述的LED发光器件，还包括P型氮化镓、导电层，依序形成于所述发光层上。

9.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述基底还包括一缓冲层，所述缓冲层位于所述蓝宝石衬底和所述N型氮化镓之间。

10.如权利要求1所述的LED发光器件，还包括绝缘保护层，形成于该基底表面保护所述基底、所述发光层、所述P型氮化镓、导电层，并外露出所述P型电极与N型电极。

11.如权利要求1所述的LED发光器件，其特征在于，所述发光层均匀地分布在所述基底上，且所述发光层的形状相同。

12.如权利要求11所述的LED发光器件，其特征在于，所述发光层的形状均为对称的几何图形。

13.如权利要求12所述的LED发光器件，其特征在于，所述发光层的形状为正方形、矩形、圆形、椭圆形或等腰三角形。