CN107946423A - 基于GaN材料的RGBW四色LED芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备方法，包括：选择蓝宝石作为衬底(11)；在所述衬底(11)上生长蓝光材料，其中，所述蓝光材料包括GaN；对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽；在所述红光灯芯槽中生长红光材料；对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽；在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料；刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料；分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极。本发明的有益效果有：1.在单芯片能产生多种颜色的光，荧光粉的用量较少；2.集成度提高，LED成本可以下降；3.色温调节更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED光源在照明领域受到越来越普遍地应用。通常LED光源通过LED发光芯片配合荧光粉发出各种颜色的光。现有技术中，单独的发光芯片只能发出单色的光，若需合成其他颜色的光就需要将不同颜色的发光芯片混合在一起，并填充大量的荧光粉，这样就存在可靠性差、封装难度大的问题。此外，光线入射到荧光粉胶层中会出现强烈的散射现象，使得荧光粉胶层对光线的吸收作用，导致大量光线被反射，即透射过荧光粉层的光线会显著减少。因此，如何设计出一种新型的LED芯片就变得极其重要。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出了一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备方法，包括：
选择蓝宝石作为衬底(11)；
在所述衬底(11)上生长蓝光材料，其中，所述蓝光材料包括GaN；
对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽；
在所述红光灯芯槽中生长红光材料；
对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽；
在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料；
刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料；
分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极，以完成基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备。
在本发明的一种实施方式中，在所述衬底(11)上生长蓝光材料，其中，所述蓝光材料包括GaN，包括：
在所述衬底(11)上生长第一GaN缓冲层(101)；
在所述第一GaN缓冲层(101)上生长第一GaN稳定层(102)；
在所述第一GaN稳定层(102)上生长第一n型GaN层(103)；
在所述第一n型GaN层(103)上生长第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)，所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)包括多个GaN势垒层(104a)和多个InGaN量子阱层(104b)，其中，所述GaN势垒层(104a)和所述InGaN量子阱层(104b)交替排布，并且，每个所述InGaN量子阱层(104b)厚度为1.5～3.5纳米，In的含量为10～20％；每个所述GaN势垒层(104a)厚度为5～10纳米；
在所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)上生长第一p型AlGaN阻挡层(105)；
在所述第一p型AlGaN阻挡层(105)上生长第一p型GaN层(106)，以完成所述蓝光材料的制备。
在本发明的一种实施方式中，对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽，包括：
采用PECVD工艺在所述第一p型GaN层(106)上淀积厚度为300～800纳米的第一SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第一SiO2层上特定位置处刻蚀至少一个第一矩形窗口；所述第一矩形窗口的长度或宽度均大于50微米且小于300微米；
在所述第一矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀所述蓝光材料，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第一凹槽；去除所述第一SiO2层；
在所述第一p型GaN层(106)上表面、所述衬底(11)的上表面及所述第一凹槽的侧壁沉淀厚度为20～100纳米的第二SiO2层；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一p型GaN层(106)上表面及所述衬底(11)的上表面的第二SiO2层以在所述第一凹槽的侧壁形成第一SiO2隔离壁(12)，所述第一SiO2隔离壁(12)用于隔离所述蓝光材料与所述红光材料。
在本发明的一种实施方式中，在所述红光灯芯槽中生长红光材料，包括：
在所述红光灯芯槽中生长厚度为2000～3000纳米的第二GaN缓冲层(401)；
在所述第二GaN缓冲层(401)上生长厚度为1000～2000纳米、掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3的n型GaAs缓冲层(402)；
在所述GaAs缓冲层(402)上生长厚度为500～1000纳米、掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3的n型GaAs稳定层(403)；
在所述GaAs稳定层(403)上生长GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)；
所述GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)包括多个GalnP势垒层(404a)和多个A1GaInP势垒层(404b)，其中，所述GalnP势垒层(404a)和所述A1GaInP势垒层(404b)交替排布，并且，每个所述A1GaInP势垒层(404b)厚度为5～10纳米，Al的含量为10～40％；每个所述GalnP势垒层(404a)厚度为5～10纳米；
在所述GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)上生长p型A1GaInP阻挡层(405)；
在所述p型A1GaInP阻挡层(405)上生长厚度为100～500纳米、掺杂浓度为1×1017～1×1019cm-3的p型GaAs接触层(406)，以完成所述红光材料的制备。
在本发明的一种实施方式中，对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽，包括：
采用PECVD工艺在所述第一p型GaN层(106)上淀积厚度为300～800纳米的第三SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第三SiO2层上特定位置处刻蚀出至少一个第二矩形窗口；所述第二矩形窗口的长度或宽度均大于50微米且小于300微米；
在所述第二矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀所述蓝光材料，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第二凹槽；去除所述第三SiO2层；
在所述第一p型GaN层(106)上表面、所述衬底(11)的上表面及所述第二凹槽的侧壁沉淀厚度为20～100纳米的第四SiO2层；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一p型GaN层(106)上表面及所述衬底(11)的上表面的第四SiO2层以在所述第二凹槽的侧壁形成第二SiO2隔离壁(22)，所述第二SiO2隔离壁(22)用于隔离所述红光材料与所述绿光材料。
在本发明的一种实施方式中，在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料，包括：
在所述绿光灯芯槽中生长厚度为3000～5000纳米的第三GaN缓冲层(201)；
在所述第三GaN缓冲层(201)上生长厚度为500～1500纳米的第二GaN稳定层(202)；
在所述第二GaN稳定层(202)上生长厚度为200～1000纳米、掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3的第二n型GaN层(203)；
在所述第二n型GaN层(203)上生长第二InGaN/GaN多量子阱有源层(204)；
在所述第二InGaN/GaN多量子阱有源层(204)上生长第二p型AlGaN阻挡层(205)；所述第二p型AlGaN阻挡层(205)包括多个GaN势垒层(204a)和多个InGaN量子阱层(204b)，其中，所述GaN势垒层(204a)和所述InGaN量子阱层(204b)交替排布，并且，每个所述InGaN量子阱层(204b)厚度为1.5～3.5纳米，In的含量为30～40％；每个所述GaN势垒层(204a)厚度为5～10纳米；
在所述第二p型AlGaN阻挡层(205)上生长厚度为100～300纳米的第二p型GaN层(206)，以完成所述绿光材料的制备。
在本发明的一种实施方式中，刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料，包括：
在所述第一p型GaN层(106)、所述p型GaAs接触层(406)及所述第二p型GaN层(206)上表面淀积厚度为300～800纳米的第五SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第五SiO2层上特定位置处刻蚀一个第三矩形窗口；所述第三矩形窗口的长度大于30微米，宽度大于5微米；
在所述第三矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第三凹槽；去除所述第五SiO2层；
在所述第三凹槽内淀积SiO2以形成第三SiO2隔离壁(42)，所述第三SiO2隔离壁(42)将所述蓝光材料分隔成第一蓝光材料和第二蓝光材料，将所述红光材料分隔成第一红光材料和第二红光材料，将所述绿光材料分隔成第一绿光材料和第二绿光材料，其中，所述第一蓝光材料、第一红光材料及所述第一绿光材料分布在所述第三SiO2隔离壁(42)的一侧，所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料分布在所述第三SiO2隔离壁(42)的另一侧；所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料用于形成所述白光材料。
在本发明的一种实施方式中，分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极，包括：
在所述第一蓝光材料上制备第一蓝光正电极和第一蓝光负电极；
在所述第二蓝光材料上制备第二蓝光正电极和第二蓝光负电极；
在所述第一红光材料上制备第一红光正电极和第一红光负电极；
在所述第二红光材料上制备第二红光正电极和第二红光负电极；
在所述第一绿光材料上制备第一绿光正电极和第一绿光负电极；
在所述第二绿光材料上制备第二绿光正电极和第二绿光负电极。
在本发明的一种实施方式中，在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极之后，还包括：
对所述衬底(11)进行减薄处理，以使所述衬底(11)的厚度不超过150微米；
在所述衬底(11)的底部镀金属反射层，所述金属反射层的材料为Al、Ni或者Ti。
本发明还提供一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片，所述芯片采用以上任一种实施方式中的方法制备而成。
本发明的有益效果有：1.在单芯片能产生多种颜色的光，荧光粉的用量较少；2.集成度提高，LED成本可以下降；3.色温调节更加灵活。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅试图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明提供的一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备方法流程图；
图2为在所述衬底上生长蓝光材料的流程示意图；
图3为本发明提供的一种第一InGaN/GaN多量子阱有源层结构示意图；
图4为本发明提供的第一SiO2隔离壁的位置示意图；
图5为本发明提供的在所述红光灯芯槽中生长红光材料的流程示意图；
图6为本发明提供的一种GalnP/A1GaInP多量子阱有源层结构示意图；
图7为本发明提供的为本发明提供的第二SiO2隔离壁的位置示意图；
图8为本发明提供的在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料的流程示意图；
图9为本发明提供的一种以SiO2隔离壁的方式将蓝光材料、红光材料和绿光材料进行隔离的示意图；
图10为本发明提供的包括电极的蓝光材料结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参见图1，图1为本发明提供的一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备方法流程图，该方法包括：
选择蓝宝石作为衬底(11)；
在所述衬底(11)上生长蓝光材料，其中，所述蓝光材料包括GaN；
对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽；
在所述红光灯芯槽中生长红光材料；
对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽；
在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料；
刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料；
分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极，以完成基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备。
进一步地，在上述实施方式的基础上，请参见图2，图2为在所述衬底上生长蓝光材料的流程示意图，具体方法可以为：
在所述衬底(11)上生长第一GaN缓冲层(101)；
在所述第一GaN缓冲层(101)上生长第一GaN稳定层(102)；
在所述第一GaN稳定层(102)上生长第一n型GaN层(103)；
在所述第一n型GaN层(103)上生长第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)，所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)包括多个GaN势垒层(104a)和多个InGaN量子阱层(104b)，其中，所述GaN势垒层(104a)和所述InGaN量子阱层(104b)交替排布，即，所述GaN势垒层(104a)和InGaN量子阱层(104b)呈周期排布。在一种实施方式中，所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层的周期为8～30。并且，每个所述InGaN量子阱层(104b)厚度为1.5～3.5纳米，In的含量为10～20％；每个所述GaN势垒层(104a)厚度为5～10纳米；优选地，InGaN量子阱(104b)的生长温度为650～750℃，GaN势垒(104a)的生长温度为750～850℃；In含量还可以依据光波长需求而确定，In含量越高，光波波长越长，典型地，所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层的周期为20。具体地，请参见图3，图3为本发明提供的一种第一InGaN/GaN多量子阱有源层结构示意图。
在所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)上生长第一p型AlGaN阻挡层(105)；
在所述第一p型AlGaN阻挡层(105)上生长第一p型GaN层(106)，以完成蓝光材料的制备。
进一步地，在上述实施方式的基础上，对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽，包括：
采用PECVD工艺在所述第一p型GaN层(106)上淀积厚度为300～800纳米的第一SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第一SiO2层上特定位置处刻蚀至少一个第一矩形窗口；所述第一矩形窗口长度或宽度均大于50微米且小于300微米；
在所述第一矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀所述蓝光材料，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第一凹槽；随后，去除所述第一SiO2层；
在所述第一p型GaN层(106)上表面、所述衬底(11)的上表面及所述第一凹槽的侧壁沉淀厚度为20～100纳米的第二SiO2层；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一p型GaN层(106)上表面及所述衬底(11)的上表面的第二SiO2层以在所述第一凹槽的侧壁形成第一SiO2隔离壁(12)，所述第一SiO2隔离壁(12)用于隔离所述蓝光材料与所述红光材料。具体地，请参见图4，图4为本发明提供的第一SiO2隔离壁的位置示意图。
进一步地，在上述实施方式的基础上，请参见图5，图5为本发明提供的在所述红光灯芯槽中生长红光材料的流程示意图，在所述红光灯芯槽中生长红光材料具体可以按照如下方式进行：
在所述红光灯芯槽中生长厚度为2000～3000纳米的第二GaN缓冲层(401)；
在所述第二GaN缓冲层(401)上生长厚度为1000～2000纳米、掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3的n型GaAs缓冲层(402)；
在所述GaAs缓冲层(402)上生长厚度为500～1000纳米、掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3的n型GaAs稳定层(403)；
在所述GaAs稳定层(403)上生长GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)；
所述GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)包括多个GalnP势垒层(404a)和多个A1GaInP势垒层(404b)，其中，所述GalnP势垒层(404a)和所述A1GaInP势垒层(404b)交替排布，即，所述多个GalnP势垒层(404a)和所述多个A1GaInP势垒层(404b)呈周期性排布，并且，每个所述A1GaInP势垒层(404b)厚度为5～10纳米，Al的含量为10～40％；每个所述GalnP势垒层(404a)厚度为5～10纳米；具体地，请参见图6，图6为本发明提供的一种GalnP/A1GaInP多量子阱有源层结构示意图。
在所述GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)上生长p型A1GaInP阻挡层(405)；
在所述p型A1GaInP阻挡层(405)上生长厚度为100～500纳米、掺杂浓度为1×1017～1×1019cm-3的p型GaAs接触层(406)，以完成红光材料的制备。
进一步地，在上述实施方式的基础上，对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽，包括：
采用PECVD工艺在所述第一p型GaN层(106)上淀积厚度为300～800纳米的第三SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第三SiO2层上特定位置处蚀处至少一个第二矩形窗口；所述第二矩形窗口的长度或宽度均大于50微米且小于300微米；
在所述第二矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀所述蓝光材料，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第二凹槽；随后，去除所述第三SiO2层；
在所述第一p型GaN层(106)上表面、所述衬底(11)的上表面及所述第二凹槽的侧壁沉淀厚度为20～100纳米的第四SiO2层；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一p型GaN层(106)上表面及所述衬底(11)的上表面的第四SiO2层以在所述第二凹槽的侧壁形成第二SiO2隔离壁(22)，所述第二SiO2隔离壁(22)用于隔离所述红光材料与所述绿光材料。具体地，请参见图7，图7为本发明提供的为本发明提供的第二SiO2隔离壁的位置示意图。
进一步地，在上述实施方式的基础上，请参见图8，图8为本发明提供的在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料的流程示意图，在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料具体可以为：
在所述绿光灯芯槽中生长厚度为3000～5000纳米的第三GaN缓冲层(201)；
在所述第三GaN缓冲层(201)上生长厚度为500～1500纳米的第二GaN稳定层(202)；
在所述第二GaN稳定层(202)上生长厚度为200～1000纳米、掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3的第二n型GaN层(203)；
在所述第二n型GaN层(203)上生长第二InGaN/GaN多量子阱有源层(204)；
在所述第二InGaN/GaN多量子阱有源层(204)上生长第二p型AlGaN阻挡层(205)；所述第二p型AlGaN阻挡层(205)包括多个GaN势垒层(204a)和多个InGaN量子阱层(204b)，其中，所述GaN势垒层(204a)和所述InGaN量子阱层(204b)交替排布，并且，每个所述InGaN量子阱层(204b)厚度为1.5～3.5纳米，In的含量为30～40％；每个所述GaN势垒层(204a)厚度为5～10纳米；
在所述第二p型AlGaN阻挡层(205)上生长厚度为100～300纳米的第二p型GaN层(206)，以完成绿光材料的制备。
进一步地，在上述实施方式的基础上，刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料，包括：
在所述第一p型GaN层(106)、所述p型GaAs接触层(406)及所述第二p型GaN层(206)上表面淀积厚度为300～800纳米的第五SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第五SiO2层上特定位置处刻蚀一个第三矩形窗口；所述第三矩形窗口的长度大于30微米，宽度大于5微米；
在所述第三矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第三凹槽；随后，去除所述第五SiO2层；
在所述第三凹槽内淀积SiO2以形成第三SiO2隔离壁(42)，所述第三SiO2隔离壁(42)将所述蓝光材料分隔成第一蓝光材料和第二蓝光材料，将所述红光材料分隔成第一红光材料和第二红光材料，将所述绿光材料分隔成第一绿光材料和第二绿光材料，其中，所述第一蓝光材料、第一红光材料及所述第一绿光材料分布在所述第三SiO2隔离壁(42)的一侧，所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料分布在所述第三SiO2隔离壁(42)的另一侧；所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料用于合成所述白光材料。
在本实施方式中，所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料组合在一起用于合成所述白光材料，具体地，第二蓝光材料可以产生蓝光，第二红光材料可以产生红光，第二绿光材料可以产生绿光，蓝光、红光和绿光安装一定的比例混合即可形成白光。在另一种实施方式中，也可将所述第一蓝光材料、第一红光材料及所述第一绿光材料组合在一起用于合成所述白光材料。也就是说，所述第三SiO2隔离壁(42)一侧的蓝光材料、红光材料及绿光材料的组合用于生产白光，另一侧的蓝光材料、红光材料及绿光材料独立分别产生蓝光、红光和绿光。具体地，请参见图9，图9为本发明提供的一种以SiO2隔离壁的方式将蓝光材料、红光材料和绿光材料进行隔离的示意图。
进一步地，在上述实施方式的基础上，分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极，包括：
在所述第一蓝光材料上制备第一蓝光正电极和第一蓝光负电极；
在所述第二蓝光材料上制备第二蓝光正电极和第二蓝光负电极；
在所述第一红光材料上制备第一红光正电极和第一红光负电极；
在所述第二红光材料上制备第二红光正电极和第二红光负电极；
在所述第一绿光材料上制备第一绿光正电极和第一绿光负电极；
在所述第二绿光材料上制备第二绿光正电极和第二绿光负电极。
进一步地，在上述实施方式的基础上，在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极之后，还包括：
对所述衬底(11)进行减薄处理，以使所述衬底(11)的厚度不超过150微米；
在所述衬底(11)的底部镀金属反射层，所述金属反射层的材料为Al、Ni或者Ti。
本发明还提供一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片，所述芯片采用以上任一种实施方式提及的方法制备而成。
本发明还提供一种在蓝光材料上制备电极的方法，在红光材料或者在绿光材料上制备电极可采用类似的方法。该方式包括：
采用PECVD工艺在所述蓝光材料上淀积厚度为300-800纳米的第六SiO2层；典型地，第六SiO2层的厚度为500纳米。
利用湿法刻蚀工艺，沿着与所述衬底(11)垂直的方向选择性刻蚀所述第六SiO2层、所述第一p型GaN层(106)、所述第一p型AlGaN阻挡层(105)及所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)，以在所述第一n型GaN层(103)的上表面形成第四凹槽；
去除所述第六SiO2层，在所述第一p型GaN层(106)上表面及所述第四凹槽底部及淀积厚度为300-800nm的第七SiO2层；
选择性刻蚀所述第七SiO2层，以在所述第一p型GaN层(106)上表面形成第一上电极引线孔，在所述第一n型GaN层(103)上表面形成第一下电极引线孔；
在所述第一上电极引线孔及所述第一下电极引线孔底部淀积Cr/Pt/Au材料；其中，Cr的厚度为20-40nm，Pt的厚度为20-40nm，Au的厚度为800-1500nm；典型地，Cr的厚度为30nm，Pt的厚度为30nm，Au的厚度为1200nm。
采用退火工艺在所述第一p型GaN层(106)及所述第一n型GaN层(103)与所述Cr/Pt/Au材料接触界面处形成金属化合物；
去除所述Cr/Pt/Au材料，在所述金属化合物表面淀积金属并光刻所述金属以形成所述电极；
对所述电极、所述第一p型GaN层(106)及所述第一n型GaN层(103)的表面淀积SiO2钝化层；选择性刻蚀所述SiO2钝化层以露出所述电极。具体地，请参见图10，图10为本发明提供的包括电极的蓝光材料结构示意图。图10中的41为第一上电极引线孔对应的电极，42为第一下电极引线孔对应的电极。
与现有技术相比，本发明提供的基于GaN材料的RGBW四色LED芯片及其制备方法具有以下有益效果：
1.在单芯片能产生多种颜色的光，荧光粉的用量较少；
2.集成度提高，LED成本可以下降；
3.色温调节更加灵活。
综上，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备方法，其特征在于，包括：
选择蓝宝石作为衬底(11)；
在所述衬底(11)上生长蓝光材料，其中，所述蓝光材料包括GaN；
对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽；
在所述红光灯芯槽中生长红光材料；
对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽；
在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料；
刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料；
分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极，以完成基于GaN材料的RGBW四色LED芯片的制备。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述衬底(11)上生长蓝光材料，其中，所述蓝光材料包括GaN，包括：
在所述衬底(11)上生长第一GaN缓冲层(101)；
在所述第一GaN缓冲层(101)上生长第一GaN稳定层(102)；
在所述第一GaN稳定层(102)上生长第一n型GaN层(103)；
在所述第一n型GaN层(103)上生长第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)，所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)包括多个GaN势垒层(104a)和多个InGaN量子阱层(104b)，其中，所述GaN势垒层(104a)和所述InGaN量子阱层(104b)交替排布，并且，每个所述InGaN量子阱层(104b)厚度为1.5～3.5纳米，In的含量为10～20％；每个所述GaN势垒层(104a)厚度为5～10纳米；
在所述第一InGaN/GaN多量子阱有源层(104)上生长第一p型AlGaN阻挡层(105)；
在所述第一p型AlGaN阻挡层(105)上生长第一p型GaN层(106)，以完成所述蓝光材料的制备。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成红光灯芯槽，包括：
采用PECVD工艺在所述第一p型GaN层(106)上淀积厚度为300～800纳米的第一SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第一SiO2层上特定位置处刻蚀至少一个第一矩形窗口；所述第一矩形窗口的长度或宽度均大于50微米且小于300微米；
在所述第一矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀所述蓝光材料，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第一凹槽；去除所述第一SiO2层；
在所述第一p型GaN层(106)上表面、所述衬底(11)的上表面及所述第一凹槽的侧壁沉淀厚度为20～100纳米的第二SiO2层；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一p型GaN层(106)上表面及所述衬底(11)的上表面的第二SiO2层以在所述第一凹槽的侧壁形成第一SiO2隔离壁(12)，所述第一SiO2隔离壁(12)用于隔离所述蓝光材料与所述红光材料。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述红光灯芯槽中生长红光材料，包括：
在所述红光灯芯槽中生长厚度为2000～3000纳米的第二GaN缓冲层(401)；
在所述第二GaN缓冲层(401)上生长厚度为1000～2000纳米、掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3的n型GaAs缓冲层(402)；
在所述GaAs缓冲层(402)上生长厚度为500～1000纳米、掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3的n型GaAs稳定层(403)；
在所述GaAs稳定层(403)上生长GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)；
所述GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)包括多个GalnP势垒层(404a)和多个A1GaInP势垒层(404b)，其中，所述GalnP势垒层(404a)和所述A1GaInP势垒层(404b)交替排布，并且，每个所述A1GaInP势垒层(404b)厚度为5～10纳米，Al的含量为10～40％；每个所述GalnP势垒层(404a)厚度为5～10纳米；
在所述GalnP/A1GaInP多量子阱有源层(404)上生长p型A1GaInP阻挡层(405)；
在所述p型A1GaInP阻挡层(405)上生长厚度为100～500纳米、掺杂浓度为1×1017～1×1019cm-3的p型GaAs接触层(406)，以完成所述红光材料的制备。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述蓝光材料进行选择性刻蚀以形成绿光灯芯槽，包括：
采用PECVD工艺在所述第一p型GaN层(106)上淀积厚度为300～800纳米的第三SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第三SiO2层上特定位置处刻蚀出至少一个第二矩形窗口；所述第二矩形窗口的长度或宽度均大于50微米且小于300微米；
在所述第二矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀所述蓝光材料，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第二凹槽；去除所述第三SiO2层；
在所述第一p型GaN层(106)上表面、所述衬底(11)的上表面及所述第二凹槽的侧壁沉淀厚度为20～100纳米的第四SiO2层；
采用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一p型GaN层(106)上表面及所述衬底(11)的上表面的第四SiO2层以在所述第二凹槽的侧壁形成第二SiO2隔离壁(22)，所述第二SiO2隔离壁(22)用于隔离所述红光材料与所述绿光材料。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述绿光灯芯槽中生长绿光材料，包括：
在所述绿光灯芯槽中生长厚度为3000～5000纳米的第三GaN缓冲层(201)；
在所述第三GaN缓冲层(201)上生长厚度为500～1500纳米的第二GaN稳定层(202)；
在所述第二GaN稳定层(202)上生长厚度为200～1000纳米、掺杂浓度为1×1018～5×1019cm-3的第二n型GaN层(203)；
在所述第二n型GaN层(203)上生长第二InGaN/GaN多量子阱有源层(204)；
在所述第二InGaN/GaN多量子阱有源层(204)上生长第二p型AlGaN阻挡层(205)；所述第二p型AlGaN阻挡层(205)包括多个GaN势垒层(204a)和多个InGaN量子阱层(204b)，其中，所述GaN势垒层(204a)和所述InGaN量子阱层(204b)交替排布，并且，每个所述InGaN量子阱层(204b)厚度为1.5～3.5纳米，In的含量为30～40％；每个所述GaN势垒层(204a)厚度为5～10纳米；
在所述第二p型AlGaN阻挡层(205)上生长厚度为100～300纳米的第二p型GaN层(206)，以完成所述绿光材料的制备。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，刻蚀所述蓝光材料、所述红光材料及所述绿光材料以形成白光材料，包括：
在所述第一p型GaN层(106)、所述p型GaAs接触层(406)及所述第二p型GaN层(206)上表面淀积厚度为300～800纳米的第五SiO2层；
采用湿法刻蚀工艺在所述第五SiO2层上特定位置处刻蚀一个第三矩形窗口；所述第三矩形窗口的长度大于30微米，宽度大于5微米；
在所述第三矩形窗口范围内沿着与所述衬底(11)垂直的方向采用干法刻蚀工艺持续刻蚀，直至刻蚀至所述衬底(11)的上表面处以形成第三凹槽；去除所述第五SiO2层；
在所述第三凹槽内淀积SiO2以形成第三SiO2隔离壁(42)，所述第三SiO2隔离壁(42)将所述蓝光材料分隔成第一蓝光材料和第二蓝光材料，将所述红光材料分隔成第一红光材料和第二红光材料，将所述绿光材料分隔成第一绿光材料和第二绿光材料，其中，所述第一蓝光材料、第一红光材料及所述第一绿光材料分布在所述第三SiO2隔离壁(42)的一侧，所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料分布在所述第三SiO2隔离壁(42)的另一侧；所述第二蓝光材料、第二红光材料及所述第二绿光材料用于形成所述白光材料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，分别在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极，包括：
在所述第一蓝光材料上制备第一蓝光正电极和第一蓝光负电极；
在所述第二蓝光材料上制备第二蓝光正电极和第二蓝光负电极；
在所述第一红光材料上制备第一红光正电极和第一红光负电极；
在所述第二红光材料上制备第二红光正电极和第二红光负电极；
在所述第一绿光材料上制备第一绿光正电极和第一绿光负电极；
在所述第二绿光材料上制备第二绿光正电极和第二绿光负电极。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述蓝光材料、所述红光材料、所述绿光材料和所述白光材料上制备电极之后，还包括：
对所述衬底(11)进行减薄处理，以使所述衬底(11)的厚度不超过150微米；
在所述衬底(11)的底部镀金属反射层，所述金属反射层的材料为Al、Ni或者Ti。
10.一种基于GaN材料的RGBW四色LED芯片，其特征在于，所述芯片采用如权利要求1～9任一项所述的方法制备而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180420 |