CN111312867A - 一种单芯片白光led的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种单芯片白光LED的制备方法，包括：在衬底上刻蚀对位光刻标记点；依次生长GaN或AlN成核层、非故意掺杂GaN缓冲层和掺Si的n型GaN层；生长不同发光波长的有源区发光层；生长p型GaN层得到多区域不同发光波长的LED外延片；利用光刻工艺把芯片加工中的透明导电膜制备、芯片台面刻蚀、单胞深槽刻蚀、侧壁钝化和单胞间电极蒸镀布线的光刻版，与上述的光刻版形成的对位标记进行套刻；保证设计的不同发光波长的有源区和芯片中的单胞对应，并根据预先设计的单胞间的串并联关系，通过蒸镀薄膜金属电极材料并在不同单胞间布线，将不同的所述单胞互连。本申请可以简化直接得到单芯片白光LED照明芯片。
Description
技术领域
本发明涉及LED制备的技术领域，具体地说，涉及一种单芯片白光LED的制备方法。
背景技术
GaN是制备LED的材料，GaN是宽禁带半导体材料，其三元合金InxGa1-xN的禁带宽度从0.7eV到3.4eV，相应的带间跃迁发射光谱覆盖从红外到紫外的范围。由于LED照明产品相比原来的照明产品具有高效节能、绿色环保、寿命长的突出优势，目前已大量代替传统的白炽灯和荧光灯等传统照明产品，GaN基LED的发明也被誉为照明领域的一次革命。GaN基LED照明芯片具有广阔的应用领域，如室内外普通照明、景观照明、背光、显示、汽车照明以及植物照明等，实际应用中需要多种颜色的光源，相应需要各种发光波长的照明芯片。目前市场上半导体LED白光普通照明就是依靠GaN基蓝光LED加上黄色荧光粉得到白光。
GaN基LED芯片主要是利用MOCVD设备生长外延材料，之后加工成LED芯片。LED的发光波长是由外延生长的发光区的材料及结构决定的，传统的LED外延片在一次外延生长过程制备的材料片内是均一的，由此外延片制备出的芯片的发光波长都是一致的，利用此外延片只可以得到发射单色光的LED芯片。
为了得到普通照明应用的白色发光光源，传统工艺需要先制造出蓝光LED芯片并在封装工艺中加上黄光荧光粉得到白光，或利用蓝、绿、红光LED芯片封装在一起形成白光。这种方式增加了芯片封装和应用上的工艺步骤，也就增加了工艺流程和成本。现有量产技术中还不能实现直接在LED单芯片上制备出同时发射不同波长的光，如蓝光和黄光，或蓝光、绿光和红光，以及其他组合，也就无法通过光混合实现简化的白光LED光源制备技术。
因此，如何提供一种能够直接在LED单芯片上制备出同时发射不同波长的光，混合实现简化的白光LED光源制备方案是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种单芯片白光LED的制备方法，解决现有技术中无法直接在LED单芯片上制备出同时发射不同波长的光，混合实现简化的白光LED光源制备方案的问题。
本发明提供一种单芯片白光LED的制备方法，包括：
在蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)衬底上刻蚀出光刻时对版的光刻标记点，得到具有第一光刻版对位标记图形的衬底；
在所述具有第一光刻版图形的衬底上依次生长GaN或AlN成核层、非故意掺杂GaN缓冲层和掺Si的n型GaN层；
重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；再在所述光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，如蓝光和黄光，或蓝光、绿光和红光，以及其他发光波长组合；
在各个有源区发光层上生长p型GaN层，得到同一外延片上多区域不同发光波长混合白光的LED外延片；
利用光刻工艺把芯片加工中的透明导电膜制备、芯片台面刻蚀、单胞深槽刻蚀、侧壁钝化和单胞间电极蒸镀布线的光刻版，与上述的光刻版形成的对位标记进行套刻；保证不同发光波长的有源区正好和芯片中的单胞对应，并根据预先设计的单胞间的串并联关系，蒸镀金属薄膜电极，利用预设的发光波长组合将不同的所述单胞互连，得到发白光的LED芯片。
可选地，其中，重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；再在所述光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域，为：
沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层；
在设定的生长发光波长W1的外延层区域，设计第二光刻版；光刻、刻蚀去除所述第二光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；
在所述第二光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W1的有源区发光层；
沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层；
在设定的生长发光波长W2的外延层区域，设计第三光刻版；光刻、刻蚀去除所述第三光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；
在所述第三光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W2的有源区发光层；
重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，再在所述光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域。
可选地，其中，所述沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，为：
沉积50-300nm的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)或其它掩膜薄膜材料。
可选地，其中，刻蚀去除所述第二光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层，为：
利用光刻工艺，把第二光刻版与第一光刻版刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第二光刻版中标定区域的窗口区；
利用湿法腐蚀溶液去除所述窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
可选地，其中，在所述第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W1的有源区发光层，为：
在所述第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W1的有源区发光层后中止生长，此发光层为(InxAlyGa1-x-yN/InvAlwGa1-v-wN)*n的多量子阱结构材料或稀土元素掺杂的GaN基材料，其中：InxAlyGa1-x-yN为量子阱，InvAlwGa1-v-wN为量子磊，量子磊材料带隙宽度大于量子阱材料，n为周期数，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，v+w≤1，稀土元素掺杂的GaN基材料发光层的掺杂元素为Tm、Er或Eu。
可选地，其中，刻蚀去除所述第三光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层，为：
利用光刻工艺，把第三光刻版与第一光刻版、第二光刻版刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第三光刻版中标定区域的窗口区；
利用湿法腐蚀溶液去除所述窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
可选地，其中，在所述第三光刻版中标定区域中生长发光波长为W2的有源区发光层，为：
在所述第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W2的有源区发光层后中止生长，此发光层为(IndAleGa1-d-eN/InfAlgGa1-f-gN)*n的多量子阱结构材料或稀土元素掺杂的GaN基材料，其中：IndAleGa1-d-eN为量子阱，InfAlgGa1-f-gN为量子磊，量子磊材料带隙宽度大于量子阱材料，n为周期数，0≤d≤1，0≤e≤1，d+e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，f+g≤1，稀土元素掺杂的GaN基材料发光层的掺杂元素为Tm、Er或Eu。
可选地，其中，相邻光刻版的标定区域之间相隔5-30微米的间隙。
可选地，其中，该方法还包括：
在生长完不同发光波长的外延层区域后，设计在不同发光波长的有源区发光层区域之间设有隔离区域的隔离光刻版；
刻蚀去除所述隔离光刻版的隔离区域之外的掩膜薄膜材料。
与现有技术相比，本发明提供的单芯片白光LED的制备方法，达到如下有益效果：
(1)、本发明的单芯片白光LED的制备方法，公开了一种无荧光粉实现单芯片实现白光LED照明的方法，该方法包括：在芯片制备工艺中把多个特定发光波长的有源层作为芯片的单胞，利用光刻、刻蚀、布线等芯片加工工艺把单胞通过串或并联组合成混合发白光的单个芯片。与传统LED白光照明利用蓝光芯片加上黄光荧光粉或利用蓝、绿、红光LED芯片封装在一起形成白光的方法不同，利用此发明，可以省去封装荧光粉光转化或多色芯片光混合工艺，直接得到单芯片白光照明芯片。
(2)、本发明的单芯片白光LED的制备方法，突破了目前LED外延和芯片只能制备一种发光波长外延材料的局限，改善了白光LED照明光源制备中存在的工艺和流程较复杂、成本较高的问题，此外本发明提供的LED外延生长技术还具有工艺简便，生产方便，适于工业化生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1中单芯片白光LED的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例2中单芯片白光LED的制备方法中实现同一外延片上实现不同发光波长的LED外延生长的流程示意图；
图3为本发明实施例2中单芯片白光LED的制备方法中衬底上的对位标记点位置示意图；
图4为本发明实施例2中单芯片白光LED的制备方法中光刻版上的对位标记点位置示意图；
图5为本发明实施例2中单芯片白光LED的制备方法中一种第一光刻版中标定区域的窗口区俯视示意图；
图6为本发明实施例2中单芯片白光LED的制备方法中一种第二光刻版中标定区域的窗口区俯视示意图；
图7为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法中同一外延片上实现不同发光波长的LED外延生长的流程示意图；
图8为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法中有源层隔离区的俯视示意图；
图9为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法生长完有源发光层并保留有源层隔离区掩膜薄膜材料的外延俯视示意图；
图10为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法生长LED外延材料的剖面结构示意图；
图11为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法制备ITO透明导电薄膜材料的结构示意图；
图12为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法台面刻蚀露出n型GaN材料得到的结构示意图；
图13为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法深槽隔离刻蚀、单胞间外延层刻蚀去除至绝缘衬底，保证单胞间实现隔离得到的结构示意图；
图14为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法实现单胞pGaN、有源层和nGaN间电绝缘得到的结构示意图；
图15为本发明实施例3中单芯片白光LED的制备方法实现不同单胞间的互连得到的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应注意到，所描述的实施例实际上仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，且实际上仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1：
本实施例的在单芯片白光LED的制备方法，在LED外延衬底上先依次生长成核层、uGaN、nGaN层，然后利用掩蔽层工艺在外延片设定区域选择性生长多个特定发光波长的有源层，在同一外延片上分别生长多个特定发光波长的MQWs有源区，每个特定发光波长有源区利用掩蔽层工艺在外延片设定区域实现选择性生长。之后生长pGaN等其他外延层，在芯片制备工艺中把多个特定发光波长的有源层作为芯片的单胞，在同一外延片上实现不同发光波长的可控LED外延生长，在芯片制备工艺中把多个特定发光波长的有源层作为芯片的单胞，并利用光刻、刻蚀、布线等芯片加工工艺把单胞通过串或并联组合成混合发白光的单个芯片。如图1所示，为本实施例中单芯片白光LED的制备方法的流程示意图。
具体地，该单芯片白光LED的制备方法，包括如下步骤：
步骤101、在蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)衬底上刻蚀出光刻时对版的光刻对位标记点，得到具有第一光刻版对位标记图形的衬底。
步骤102、利用MOCVD、MBE或HVPE等外延生长方法在具有第一光刻版图形的衬底上依次生长GaN或AlN成核层、非故意掺杂GaN缓冲层(u1-GaN)和掺Si的n型GaN层。
步骤103、重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；再在光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域。
步骤104、在各个有源区发光层上生长p型GaN层，得到同一外延片上多区域不同发光波长的LED外延片。
步骤105、利用光刻工艺把芯片加工中的透明导电膜制备、芯片台面刻蚀、单胞深槽刻蚀、侧壁钝化和单胞间电极蒸镀布线的光刻版，与上述的光刻版形成的对位标记进行套刻；保证不同发光波长的有源区正好和芯片中的单胞对应，并根据预先设计的单胞间的串并联关系，蒸镀金属薄膜电极材料，利用预设的发光波长组合将不同的单胞互连，得到发白光的LED芯片。实现不同单胞的互连，利用蓝光+黄光，或者蓝光+绿光+红光以及其它波长组合得到发白光的LED照明芯片。
实施例2：
如图2至6所示，图2为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中实现同一外延片上实现不同发光波长的LED外延生长的流程示意图；图3为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中衬底上的对位标记点位置(斜划阴影区域)示意图；图4为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中光刻版上的对位标记点位置(横线阴影区域)示意图；图5为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中一种第一光刻版中标定区域的窗口区(黑实线阴影区域)俯视示意图；图6为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中一种第二光刻版中标定区域的窗口区俯视示意图(斜划阴影区域为W1有源层发光区，横线阴影区域为W2有源层发光区，空白区域为其他有源层发光区，黑实线为有源层掩膜材料隔离区)。与图1中不同的是，重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；再在光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域，包括：
步骤201、沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层。
步骤202、在设定的生长发光波长W1的外延层区域，设计第二光刻版；光刻、刻蚀去除第二光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层。
步骤203、在第二光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W1的有源区发光层。
步骤204、沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层。
步骤205、在设定的生长发光波长W2的外延层区域，设计第三光刻版；光刻、刻蚀去除第三光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层。
步骤206、在第三光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W2的有源区发光层。
步骤207、重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，再在光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长混合白光的外延层区域。
实施例3
如图7至10所示，图7为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中同一外延片上实现不同发光波长的LED外延生长的流程示意图；图8为本实施例中单芯片白光LED的制备方法中有源层隔离区的俯视示意图；图9为本实施例中单芯片白光LED的制备方法生长完有源发光层并保留有源层隔离区掩膜薄膜材料的外延俯视示意图；图10为本实施例中单芯片白光LED的制备方法生长LED外延材料的剖面结构示意图。
与图1中不同的是，具体地，该方法包括：
步骤301、在衬底上制备出光刻时对版用的标记点图形得到具有第一光刻版对位标记图形的衬底。
在蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)衬底上利用光刻和刻蚀工艺在衬底上制备出之后光刻时对版用的标记点图形。
步骤302、在具有第一光刻版图形的衬底上依次生长GaN或AlN成核层、非掺杂的GaN缓冲层和掺Si的n型GaN层。
利用MOCVD、MBE或HVPE等外延生长方法在以上制备了光刻标记点的衬底上依次生长GaN或AlN成核层，非故意掺杂GaN缓冲层(u1-GaN)和掺Si的n型GaN层。
步骤303、沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层：沉积50-300nm的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)或其他掩膜薄膜材料。
利用化学或物理气相沉积方法，在步骤302完成后的外延材料上沉积50-300nm的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)或其他高温稳定性好且GaN难以在其上成核的掩膜薄膜材料。
步骤304、在设定的生长发光波长W1的外延层区域，设计第二光刻版；利用光刻工艺，把第二光刻版与第一光刻版刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第二光刻版中标定区域的窗口区；利用湿法腐蚀溶液去除窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
对应设定的生长出发光波长W1的外延层区域，设计光刻版，记为第二光刻版，在示意图的标定区域(左划线阴影区)为光刻刻蚀后的窗口区，刻蚀去除此区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN材料。即利用光刻工艺，把第二光刻版与第一次利用第一光刻刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第二窗口区，利用湿法腐蚀溶液，如BOE等去除窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
步骤305、在第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W1的有源区发光层后继续利用MOCVD、MBE等外延设备生长发光波长为W1的有源区发光层后中止生长，此发光层为(InxAlyGa1-x-yN/InvAlwGa1-v-wN)*n的多量子阱结构(MQWs)，其中：InxAlyGa1-x-yN为量子阱，InvAlwGa1-v-wN为量子磊，n为周期数，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，v+w≤1。发光层的发光波长取决于量子阱的禁带宽度，量子磊的禁带宽度大于量子阱。此发光层也可以是稀土掺杂的GaN基材料发光层(如掺Tm、Er和Eu可以分别发蓝光、绿光和红光)。
步骤306、沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层：沉积50-300nm的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)或其他掩膜薄膜材料。
步骤307、在设定的生长发光波长W2的外延层区域，设计第三光刻版；利用光刻工艺，把第三光刻版与第一光刻版、第二光刻版刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第三光刻版中标定区域的窗口区；利用湿法腐蚀溶液去除窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
在对应设定的生长出发光波长W2的外延层区域，设计光刻版，记为第三光刻版，在示意图的标定区域(横线阴影区)为光刻刻蚀后的窗口区(不与第二光刻版窗口区交叠)，第三窗口区与第三窗口区流5-30微米的间隙，避免不同发光波长的有源区在生长过程合并。刻蚀去除此区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN材料。即利用光刻工艺，把第三光刻版与前面的光刻版形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第三光刻版窗口区，利用湿法腐蚀溶液，如BOE等去除窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
步骤308、在第二光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W2的有源区发光层后中止生长，此发光层为(IndAleGa1-d-eN/InfAlgGa1-f-gN)*n的多量子阱结构，其中：IndAleGa1-d-eN为量子阱，InfAlgGa1-f-gN为量子磊，n为周期数，0≤d≤1，0≤e≤1，d+e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，f+g≤1。发光层的发光波长取决于量子阱的禁带宽度，量子磊的禁带宽度大于量子阱。此发光层也可以是稀土掺杂的GaN基材料发光层(如掺Tm、Er和Eu可以分别发蓝光、绿光和红光)。
步骤309、重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，再在光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域。
步骤310、在生长完不同发光波长的外延层区域后，设计在不同发光波长的有源区发光层区域之间设有隔离区域的隔离光刻版；刻蚀去除隔离光刻版的隔离区域之外的掩膜薄膜材料。
在生长完所设计的W1至Wn的多区域、多波长的有源层发光区后，设计光刻版，记为光刻版W(n+1)，在示意图的标定区域(横线阴影区)为光刻刻蚀后的窗口区(不与第二光刻版窗口区交叠)，第二光刻版窗口区与第一光刻版窗口区留5-30微米的间隙，即为有源层之间的隔离区，作用是避免不同发光波长的有源区外延层在生长过程中连接起来。利用光刻工艺，把W(n+1)光刻版与前面的光刻版形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，把有源层之间的隔离区之外的所有区域利用湿法腐蚀溶液，如BOE等去除掩膜薄膜材料，保留隔离区位置的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
步骤311、在各个有源区发光层上生长p型GaN层，得到同一外延片上多区域不同发光波长的LED外延片。
可选地，在上述实施例中，相邻光刻版的标定区域之间相隔5-30微米的间隙。
由上述方法得到同一外延片上多区域不同发光波长的LED外延材料的剖面结构包括：衬底1；缓冲层2；n-GaN层3；4-1、4-2至4-n：代表不同结构和发光波长W1、W2至Wn的有源层；隔离区掩膜薄膜材料5；p型GaN层6。
如图11所示，是上述方法制备ITO透明导电薄膜材料的结构示意图。由上述方法制备ITO透明导电薄膜材料的结构包括：衬底1；缓冲层2；n-GaN层3；4-1、4-2至4-n代表不同结构和发光波长W1、W2至Wn的有源层；隔离区掩膜薄膜材料5；p-GaN层6；ITO透明导电薄膜7。
如图12所示，是由上述方法进行台面刻蚀露出n型GaN材料得到的结构示意图，包括：衬底1；缓冲层2；n-GaN层3；4-1、4-2至4-n代表不同结构和发光波长W1、W2至Wn的有源层；隔离区掩膜薄膜材料5；p-GaN层6；ITO透明导电薄膜7。
如图13所示，是由上述方法深槽隔离刻蚀、单胞间外延层刻蚀去除至绝缘衬底，保证单胞间实现隔离得到的结构示意图，包括：衬底1；缓冲层2；n-GaN层3；4-1、4-2和4-3代表不同结构和发光波长W1、W2和W3的有源层；隔离区掩膜薄膜材料5；p-GaN层6；ITO透明导电薄膜7。
如图14所示，是由上述方法侧壁钝化、单胞侧壁用氧化硅或氮化硅绝缘薄膜保护，实现单胞pGaN、有源层和pGaN间电绝缘得到的结构示意图，包括：衬底1；缓冲层2；n-GaN层3；4-1、4-2和4-3代表不同结构和发光波长W1、W2和W3的有源层；隔离区掩膜薄膜材料5；p-GaN层6；ITO透明导电薄膜7；氧化硅或氮化硅绝缘薄膜8。
如图15所示，是由上述方法电极布线，在nGaN和pGaN上蒸镀欧姆接触金属电极材料，并根据预先设计的单胞间的串并联关系，实现不同单胞间的互连得到的结构示意图，包括：衬底1；缓冲层2；n-GaN层3；4-1、4-2和4-3代表不同结构和发光波长W1、W2和W3的有源层；隔离区掩膜薄膜材料5；p-GaN层6；ITO透明导电薄膜7；氧化硅或氮化硅绝缘薄膜8；金属电极9。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，包括：
在蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)或硅(Si)衬底上刻蚀出光刻时对版的光刻标记点，得到具有第一光刻版对位标记图形的衬底；
在所述具有第一光刻版图形的衬底上依次生长GaN或AlN成核层、非故意掺杂GaN缓冲层和掺Si的n型GaN层；
重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；再在所述光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域；
在各个有源区发光层上生长p型GaN层，得到同一外延片上多区域不同发光波长的LED外延片；
利用光刻工艺把芯片加工中的透明导电膜制备、芯片台面刻蚀、单胞深槽刻蚀、侧壁钝化和单胞间电极蒸镀布线的光刻版，与上述的光刻版形成的对位标记进行套刻；保证设计的不同发光波长的有源区和芯片中的单胞对应，并根据预先设计的单胞间的串并联关系，蒸镀金属薄膜电极材料，利用预设的波长组合将不同的所述单胞互连，得到发白光的LED芯片。
2.根据权利要求1所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；再在所述光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域，为：
沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层；
在设定的生长发光波长W1的外延层区域，设计第二光刻版；光刻、刻蚀去除所述第二光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；
在所述第二光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W1的有源区发光层；
沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层；
在设定的生长发光波长W2的外延层区域，设计第三光刻版；光刻、刻蚀去除所述第三光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层；
在所述第三光刻版中标定区域，即露出的n型GaN层上生长发光波长为W2的有源区发光层；
重复沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，设计光刻版刻蚀去除光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，再在所述光刻版中标定区域中生长不同发光波长的有源区发光层，得到不同发光波长的外延层区域。
3.根据权利要求2所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，所述沉积掩膜薄膜材料得到掩膜薄膜层，为：
沉积50-300nm的氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)或其它掩膜薄膜材料。
4.根据权利要求2所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，刻蚀去除所述第二光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层，为：
利用光刻工艺，把第二光刻版与第一光刻版刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第二光刻版中标定区域的窗口区；
利用湿法腐蚀溶液去除所述窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
5.根据权利要求2所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，在所述第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W1的有源区发光层，为：
在所述第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W1的有源区发光层后中止生长，此发光层为(InxAlyGa1-x-yN/InvAlwGa1-v-wN)*n的多量子阱结构材料或稀土元素掺杂的GaN基材料，其中：InxAlyGa1-x-yN为量子阱，InvAlwGa1-v-wN为量子磊，量子磊材料带隙宽度大于量子阱材料，n为周期数，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，v+w≤1，稀土元素掺杂的GaN基材料发光层的掺杂元素为Tm、Er或Eu。
6.根据权利要求2所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，刻蚀去除所述第三光刻版中标定区域的掩膜薄膜材料，露出下面的n型GaN层，为：
利用光刻工艺，把第三光刻版与第一光刻版、第二光刻版刻蚀后在衬底上形成的对位标记进行套刻，曝光显影后，开出第三光刻版中标定区域的窗口区；
利用湿法腐蚀溶液去除所述窗口区的掩膜薄膜材料，然后利用去胶液去除光刻胶，清洗甩干。
7.根据权利要求2所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，在所述第三光刻版中标定区域中生长发光波长为W2的有源区发光层，为：
在所述第二光刻版中标定区域中生长发光波长为W2的有源区发光层后中止生长，此发光层为(IndAleGa1-d-eN/InfAlgGa1-f-gN)*n的多量子阱结构材料或稀土元素掺杂的GaN基材料，其中：IndAleGa1-d-eN为量子阱，InfAlgGa1-f-gN为量子磊，量子磊材料带隙宽度大于量子阱材料，n为周期数，0≤d≤1，0≤e≤1，d+e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，f+g≤1，稀土元素掺杂的GaN基材料发光层的掺杂元素为Tm、Er或Eu。
8.根据权利要求2所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，相邻光刻版的标定区域之间相隔5-30微米的间隙。
9.根据权利要求1所述的单芯片白光LED的制备方法，其特征在于，还包括：
在生长完不同发光波长的外延层区域后，设计在不同发光波长的有源区发光层区域之间设有隔离区域的隔离光刻版；
刻蚀去除所述隔离光刻版的隔离区域之外的掩膜薄膜材料。
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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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| GR01 | Patent grant | ||
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