CN104319343B - 一种白光led的制作方法及白光led - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白光LED的制作方法及白光LED，属于半导体技术领域。所述方法包括：在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉；在所述阵列和所述基板上形成AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与AlN膜分离；在所述AlN膜上依次生长N型层、发光层、以及P型层；在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；在所述P型层上形成金属反射层；在所述金属反射层上设置P电极，在所述N型层上设置N电极。本发明省去在制作LED芯片后的封装过程中涂覆荧光粉的过程，过程简单方便，提高了白光LED的生产效率。

Description

一种白光LED的制作方法及白光LED
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种白光LED的制作方法及白光LED。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种半导体发光器件，被广泛用于指示灯、显示屏等。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源，白光LED的能耗仅为白炽灯的八分之一，荧光灯的二分之一，寿命可长达十万小时，对于普通家庭照明可谓“一劳永逸”。
目前一种白光LED的制作方法包括：制作LED芯片；将LED芯片固定在支架上；将聚二甲基硅酮和用于LED封装的固化剂按第一预定比例调配形成配粉胶；按照第二预定比例调配荧光粉和配粉胶；将调配后的荧光粉和配粉胶涂覆在LED的封装体上。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
现有的白光LED的制作方法需要在完成LED芯片的制作后，专门在封装阶段完成荧光粉的涂覆，过程繁琐冗长，白光LED的生产效率较低。
发明内容
为了解决现有技术过程繁琐冗长，白光LED的生产效率较低的问题，本发明实施例提供了一种白光LED的制作方法及白光LED。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种白光LED的制作方法，所述制作方法包括：
在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉；
在所述阵列和所述基板上形成AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与所述AlN膜分离；
在所述AlN膜上依次生长N型层、发光层、以及P型层；
在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上形成金属反射层；
在所述金属反射层上设置P电极，在所述N型层上设置N电极。
在本发明一种可能的实现方式中，所述在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉，包括：
在基板上涂抹一层感光性胶体，所述感光性胶体中掺有荧光粉；
采用黄光微影技术，将所述一层感光性胶体分为若干感光性胶体凸点，从而在所述基板上形成所述感光性胶体凸点的阵列。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述感光性胶体凸点呈三角锥形或蒙古包形。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述感光性胶体凸点的最大直径为1-10μm，所述感光性胶体凸点的高度为1-10μm，两个所述感光性胶体凸点之间的最小距离为1-20μm。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述荧光粉为YAG铝酸盐荧光粉、氮化物荧光粉或者硫化物荧光粉。
可选地，所述荧光粉为YAG铝酸盐荧光粉中的YAG：Ce3+荧光粉，且YAG与Ce3+的比例大于或等于9:1。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述在所述阵列和所述基板上形成AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与所述AlN膜分离，包括：
在所述阵列和所述基板上沉积一层Al膜；
在设定温度下通入NH3，对所述Al膜进行氮化处理，从而在所述阵列和所述基板上形成所述AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与所述AlN膜分离。
可选地，所述设定温度为500-1500℃。
可选地，所述AlN膜的厚度为1-10000nm。
另一方面，本发明实施例提供了一种白光LED，所述白光LED包括基板、依次层叠在所述基板上的N型层、发光层、P型层、金属反射层、以及设置在所述金属反射层的上的P电极和设置在所述N型层上的N电极，所述白光LED上设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，所述白光LED还包括感光性胶体凸点的阵列和AlN膜，所述感光性胶体凸点的阵列和所述AlN膜依次层叠在所述基板和所述N型层之间，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉，省去在制作LED芯片后的封装过程中涂覆荧光粉的过程，过程简单方便，提高了白光LED的生产效率，并且实现了白光LED芯片的小型化和集成化。而且与涂覆在封装件上相比，在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉，荧光粉与发光层的距离较近，发光层发出的部分蓝光更容易激发荧光粉发出黄光，并与发光层发出的另一部分蓝光混合后发出白光，减少了光损失，提高了发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种白光LED的制作方法的流程图；
图2a-图2g是本发明实施例一提供的白光LED在制作白光LED的过程中的结构示意图；
图3是是本发明实施例二提供的一种白光LED的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种白光LED的制作方法，参见图1，该制作方法包括：
步骤101：在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉。
其中，感光性胶体是指在光照条件下，吸收光能量而化学性质发生改变的胶体，例如正性光刻胶，正性光刻胶被光照射的部分吸收光能量而化学性质改变，可以与碱性溶液发生反应，正性光刻胶没有被光照射的部分化学性质没有改变，不能与碱性溶液发生反应。
图2a为执行步骤101后得到的LED的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列。
可选地，基板可以包括蓝宝石、AlN中的一种或多种，如蓝宝石，使LED可以有较好的热导率，提高了产品性能。
可选地，感光性胶体可以为光刻胶或苯并环丁烯(BCB)。可以理解地，感光性胶体采用BCB时，机械性能好、耐高温、抗辐射性能好、不吸湿。
具体地，光刻胶可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶。
可选地，感光性胶体凸点可以呈三角锥形或蒙古包形。
可选地，感光性胶体凸点的最大直径可以为1-10μm，感光性胶体凸点的高度可以为1-10μm，两个感光性胶体凸点之间的最小距离可以为1-20μm。若感光性胶体凸点的最大直径等超过可选范围，可能会造成阵列塌陷，LED外延片的生长质量较差。
优选地，感光性胶体凸点的最大直径可以为1-5μm，感光性胶体凸点的高度可以为1-5μm，两个感光性胶体凸点之间的最小距离可以为1-5μm。
可选地，荧光粉可以为钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet Ultraviolet，简称YAG)铝酸盐荧光粉、氮化物荧光粉或者硫化物荧光粉。
优选地，荧光粉可以为YAG铝酸盐荧光粉中的YAG：Ce3+荧光粉，且YAG与Ce3+的比例大于或等于9:1。一方面白光LED的亮度高，发射峰宽，白光LED的性能较好，另一方面制作白光LED的成本较低。
具体地，YAG与Ce3+的比例可以为47:3，可以获得比较理想的发光强度。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤101可以包括：
在基板上涂抹一层感光性胶体，感光性胶体中掺有荧光粉；
采用黄光微影技术，将一层感光性胶体分为若干感光性胶体凸点，从而在基板上形成感光性胶体凸点的阵列。
可以理解地，荧光粉均匀混合在感光性胶体中。
步骤102：在阵列和基板上形成AlN膜，感光性胶体凸点在形成AlN膜的过程中受热收缩，与AlN膜分离。
图2b为执行步骤102后得到的LED的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列，3表示AlN膜。
可选地，AlN膜的厚度可以为1-10000nm。若AlN膜的厚度小于1nm，会导致LED外延片的生长质量较差，若AlN膜的厚度大于10000nm，则会造成浪费，增加了LED的制作成本。
优选地，AlN膜的厚度可以为1-1000nm，如100nm。
在本实施例的另一种实现方式中，该步骤102可以包括：
在阵列和基板上沉积一层Al膜；
在设定温度下通入NH3，对Al膜进行氮化处理，从而在阵列和基板上形成AlN膜，感光性胶体凸点在形成AlN膜的过程中受热收缩，与AlN膜分离。
可选地，设定温度可以为500-1500℃。若设定温度低于500℃或者高于1500℃，则Al膜氮化不完全，AlN膜的质量较差。
优选地，设定温度可以为500-1000℃。
可以理解地，当设定温度为500-1500℃时，感光性胶体凸点受热收缩，自然与AlN膜分离。感光性胶体凸点与AlN膜分离对光的路径改变有增强作用，增加了出光效率。
需要说明的是，由于LED外延片(N型层等)不能直接在感光性胶体凸点的阵列上生长，因此需要在阵列和基板上形成AlN膜，便于LED外延片的生长，AlN膜主要起缓冲层的作用。
步骤103：在AlN膜上依次生长N型层、发光层、以及P型层。
图2c为执行步骤103后得到的LED的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列，3表示AlN膜，4表示N型层，5表示发光层，6表示P型层。
具体地，N型层可以为N型GaN层，P型层可以为P型GaN层。发光层可以包括交替形成的InxGa1-xN层和GaN层，0≤x≤0.15。其中，当0≤x≤0.15时，发光层发出蓝光。
步骤104：在P型层上开设从P型层延伸到N型层的凹槽。
图2d为执行步骤104后得到的LED的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列，3表示AlN膜，4表示N型层，5表示发光层，6表示P型层。
在本实施例的又一种实现方式中，该步骤104可以包括：
采用等离子体ICP刻蚀技术，在P型层上开设从P型层延伸到N型层的凹槽。
步骤105：在P型层上形成金属反射层。
图2e为执行步骤105后得到的LED的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列，3表示AlN膜，4表示N型层，5表示发光层，6表示P型层，7表示金属反射层。
可选地，金属反射层可以采用Au、Ag、Al、Pt、Zn中的一种或多种制成。例如Ag，可以使LED更具稳定性(如提高LED的抗热性、抗腐蚀性)
可选地，金属反射层的厚度可以为1-10000nm。若金属反射层的厚度小于1nm，可能会导致发射效果较差，若金属反射层的厚度大于10000nm，则会造成浪费，增加了LED的制作成本。
优选地，金属反射层的厚度可以为1-1000nm，如200nm。
在本实施例的又一种实现方式中，该步骤105可以包括：
采用电子枪蒸发技术，在P型层上形成金属反射层。
步骤106：在金属反射层上设置P电极，在N型层上设置N电极。
图2f为执行步骤106后得到的LED的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列，3表示AlN膜，4表示N型层，5表示发光层，6表示P型层，7表示金属反射层，8表示P电极，9表示N电极。
在其它实施例中，也可以将P电极穿过金属反射层，设置在P型层上，本发明对此不作限制。
可以理解地，将LED晶片减薄、切割、倒置，即可得到白光LED芯片。图2g为得到的白光LED芯片的结构示意图。其中，1表示基板，2表示感光性胶体凸点的阵列，3表示AlN膜，4表示N型层，5表示发光层，6表示P型层，7表示金属反射层，8表示P电极，9表示N电极。
本发明实施例通过在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉，省去在制作LED芯片后的封装过程中涂覆荧光粉的过程，过程简单方便，提高了白光LED的生产效率，并且实现了白光LED芯片的小型化和集成化。而且与涂覆在封装件上相比，在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉，荧光粉与发光层的距离较近，发光层发出的部分蓝光更容易激发荧光粉发出黄光，并与发光层发出的另一部分蓝光混合后发出白光，减少了光损失，提高了发光效率。另外，感光性胶体凸点的阵列和感光性胶体凸点与AlN膜分离，均对光的路径改变有增强作用，增加了出光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种白光LED，参见图3，该白光LED可以采用如实施例一提供的制作方法制作而成。
具体地，该白光LED包括基板1、依次层叠在基板1上的感光性胶体凸点的阵列2、AlN膜3、N型层4、发光层5、P型层6、金属反射层7、以及设置在金属反射层7的上的P电极8和设置在N型层4上的N电极9。其中，每个感光性胶体凸点(图3中用三瓣相连的图形表示)中掺有荧光粉(图3中用圆圈表示)，感光性胶体凸点与AlN膜3分离，该白光LED上设有从P型层6延伸到N型层4的凹槽。
在本实施例中，N型层4可以为N型GaN层，P型层6可以为P型GaN层。发光层5可以包括交替形成的InxGa1-xN层和GaN层，0≤x≤0.15。其中，当0≤x≤0.15时，发光层发出蓝光。
可选地，基板1可以包括蓝宝石、AlN中的一种或多种。
可选地，感光性胶体可以为光刻胶或BCB。
可选地，荧光粉可以为YAG铝酸盐荧光粉、氮化物荧光粉或者硫化物荧光粉。
可选地，金属反射层7可以采用Au、Ag、Al、Pt、Zn中的一种或多种制成。
本发明实施例通过在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉，省去在制作LED芯片后的封装过程中涂覆荧光粉的过程，过程简单方便，提高了白光LED的生产效率，并且实现了白光LED芯片的小型化和集成化。而且与涂覆在封装件上相比，在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个感光性胶体凸点中掺有荧光粉，荧光粉与发光层的距离较近，发光层发出的部分蓝光更容易激发荧光粉发出黄光，并与发光层发出的另一部分蓝光混合后发出白光，减少了光损失，提高了发光效率。另外，感光性胶体凸点的阵列和感光性胶体凸点与AlN膜分离，均对光的路径改变有增强作用，增加了出光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白光LED的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉；
在所述阵列和所述基板上形成AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与所述AlN膜分离；
在所述AlN膜上依次生长N型层、发光层、以及P型层；
在所述P型层上开设从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽；
在所述P型层上形成金属反射层；
在所述金属反射层上设置P电极，在所述N型层上设置N电极。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在基板上形成感光性胶体凸点的阵列，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉，包括：
在基板上涂抹一层感光性胶体，所述感光性胶体中掺有荧光粉；
采用黄光微影技术，将所述一层感光性胶体分为若干感光性胶体凸点，从而在所述基板上形成所述感光性胶体凸点的阵列。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述感光性胶体凸点呈三角锥形或蒙古包形。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述感光性胶体凸点的最大直径为1-10μm，所述感光性胶体凸点的高度为1-10μm，两个所述感光性胶体凸点之间的最小距离为1-20μm。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述荧光粉为YAG铝酸盐荧光粉、氮化物荧光粉或者硫化物荧光粉。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述荧光粉为YAG铝酸盐荧光粉中的YAG：Ce3+荧光粉，且YAG与Ce3+的比例大于或等于9:1。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述阵列和所述基板上形成AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与所述AlN膜分离，包括：
在所述阵列和所述基板上沉积一层Al膜；
在设定温度下通入NH3，对所述Al膜进行氮化处理，从而在所述阵列和所述基板上形成所述AlN膜，所述感光性胶体凸点在形成所述AlN膜的过程中受热收缩，与所述AlN膜分离。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述设定温度为500-1500℃。
9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述AlN膜的厚度为1-10000nm。
10.一种白光LED，所述白光LED包括基板、依次层叠在所述基板上的N型层、发光层、P型层、金属反射层、以及设置在所述金属反射层的上的P电极和设置在所述N型层上的N电极，所述白光LED上设有从所述P型层延伸到所述N型层的凹槽，其特征在于，所述白光LED还包括感光性胶体凸点的阵列和AlN膜，所述感光性胶体凸点的阵列和所述AlN膜依次层叠在所述基板和所述N型层之间，每个所述感光性胶体凸点中掺有荧光粉，所述感光性胶体凸点与所述AlN膜分离。
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