CN203607399U

CN203607399U - 一种新型白光led结构

Info

Publication number: CN203607399U
Application number: CN201320660066.4U
Authority: CN
Inventors: 叶国光; 郝锐; 罗长得
Original assignee: Guangdong De Li Photoelectric Co Ltd
Current assignee: Guangdong De Li Photoelectric Co Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2023-10-25

Abstract

本实用新型公开了一种新型白光LED结构，包括通过胶粘合的蓝光LED芯片和红黄光LED芯片，其特征在于：所述蓝光芯片包括衬底、在衬底上依次生长的缓冲层、DBR层、n型半导体材料层、发光层、电子阻挡层、p型半导体材料层和透明电极层；所述红黄光芯片包括衬底、在衬底上依次生长的n型半导体材料层、发光层、p型半导体材料层和透明电极层，透明电极层上设有反射层，同时还介绍了该芯片结构的制作方法。本实用新型通过将蓝光芯片发出的蓝光和红黄光芯片发出的红黄光进行光谱直接叠加而发出白光，与现有的白光LED芯片相比，无需荧光粉，发光效果好，提高LED能量转换效率且延长了使用寿命。

Description

一种新型白光LED结构

技术领域

本实用新型涉及LED芯片技术领域，尤其是一种新型白光LED结构。

背景技术

发光二极管（light emitting diodle，简称LED）根据不同发光材料的化学结构和属性，分为无机LED（一般称为LED）和有机LED（一般称为OLEDs）。在1993年，蓝色氮化镓（GaN）LED技术获得突破，并在此基础上1996年实现了无机LED白光发射。由于白光LED具有低电压驱动、全固态、低功耗、长效可靠等优点，白光LED器件在照明相关领域的应用研究都受到了学术和产业界的高度重视。因为白光LED是一种符合环保节能绿色照明理念的高效光源，因此，目前以白光LED为主的半导体照明技术（第四代照明技术）在全世界范围内得到了大力的推动和发展，正在形成巨大的产业。白光LED器件实现白光的方式主要有三种：１、蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，通过复合得到白光；2、紫外LED激发红、绿、蓝三基色荧光粉，通过复合得到白光；3、红、绿、蓝三基色LED多芯片通过集成封装从而得到白光。

第二种白光制作需选择与紫外光波长相匹配的红蓝绿三种荧光粉，UV光源，抗UV封装材料，而这三种材料的制作和开发都较困难，故第二种白光在市面上也较少。第三种白光制作方法面临着混光困难，使用者在此光源前方各处可轻易观察到多种不同的颜色，同时三种光的驱动较复杂，在不同的电流下出现了颜色的变化，第三种在市面也较少。目前最常见的是第一种，即在蓝光LED芯片便面涂覆一层黄色荧光粉来实现白光的发射，采用该方法实现的荧光粉涂覆技术，不仅生产效率不高，而且同批次的产品色温差异大。在后续得制程中，白光LED固定于杯碗正中央并进行固晶过程，LED晶圆在固晶的过程由于设备精度的问题，不能保证晶圆粘在杯碗的正中间，对于涂覆有荧光粉的混合层，由于芯片未在中间，导致两边的光程差不一样从而产生颜色的不均匀性。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种新型白光LED结构，能在无荧光粉的情况下实现白光LED，以有效提高芯片发光效率和延长白光LED使用寿命。

本实用新型的技术方案为：一种新型白光LED结构，包括通过胶粘合的蓝光LED芯片和红黄光LED芯片，所述蓝光芯片包括衬底、在衬底上依次生长的缓冲层、DBR层、n型半导体材料层、发光层、电子阻挡层、p型半导体材料层和透明电极层；

所述蓝光芯片中，p型半导体材料层上设有阳极，n型半导体材料层上设有阴极，阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ti、Ni、Au、Ag、Pt、Cr和Wu中的一种或多种，焊线材料为Cu、Al和Ag中的一种或多种；

所述DBR层由2-15个周期材料层组成，每一周期材料层由AlGaN、InGaN和GaN中的两种材料层组成，每一种材料层的厚度为蓝光波长的1/4、1/8或1/16除以材料的折射率，蓝光芯片中的DBR层具有使蓝光不能往下发射而红光却能透出并从顶部发射的效果。

所述红黄光芯片包括衬底、在衬底上依次生长的n型半导体材料层、发光层、p型半导体材料层和透明电极层；透明电极层上设有反射层，反射层为金属反射层和/或DBR结构，DBR结构材料为AlGaN、InGaN和GaN中的两种，红黄光芯片发射的光能被位于底部的该反射层射回而从顶部发射；

所述红黄光芯片中，p型半导体材料层上设有阳极，n型半导体材料层上设有阴极，阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ti、Ni、Au、Ag、Pt、Cr和Wu中的一种或多种，焊线材料为Cu、Al和Ag中的一种或多种；

所述红黄光芯片的尺寸大于或等于蓝光芯片的尺寸，通过胶粘合到一起，而实现白光的发射，胶的材料可为有机硅胶、银浆、导热胶、合金焊中的一种或多种，胶的厚度优选为100nm-100 um，以减少红黄光的吸收。

优选地，蓝光芯片和红黄光芯片中的衬底均为原始衬底、减薄衬底或表面粗化衬底。

所述红黄光芯片与蓝光芯片的阴、阳极分别位于整个芯片结构的左、右两侧，以减少了电极对光的吸收。

优选地，所述蓝光芯片包括有蓝宝石衬底、GaN缓冲层、DBR层、n型GaN层、由InGaN和GaN材料层组成的发光层、AlGaN电子阻挡层、p型GaN层和ITO透明电极层；所述红黄光芯片包括有GaP衬底、n型AlInGaN层、发光波长为560-600nm的Al_xIn_yGa_zP发光层、p型AlInGaN层、ITO透明电极层和反射层，其中Al_xIn_yGa_zP发光层中，优选为x和y的摩尔分数均为0.25-0.5，x=y，z=1-x-y，发光层通过改变x、y和z的大小可调节光的颜色。

一种新型白光LED结构的制作方法，蓝光芯片与红黄光芯片均采用MOCVD(Metal-

organic Chemical Vapor Deposition)技术制作，包括如下两个步骤：

1、通过厚度为100nm-100 um的胶将蓝光芯片与红黄光芯片粘贴，蓝光芯片的阴极与红黄光芯片的阴极位于同侧或异侧。

2、在上述粘合芯片的基础上直接进行封装引线。

所述蓝光芯片和红黄光芯片的引线为串联或者并联。

本实用新型的有益效果为：蓝光芯片的衬底通过胶与红黄光芯片的衬底连接在一起，蓝光芯片内设DBR层，DBR层位于蓝光芯片的活性区与缓冲区之间，将发往底部的蓝光全部反射回去而红黄光却能透出，红黄光芯片底部设反射层，将发往底部的红黄光全部反射而从顶部射出，同时两种光谱的直接叠加就能发出白光。本实用新型与现有的白光LED芯片相比，无需荧光粉，发光效果好，提高LED能量转换效率且延长了使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的剖面示意图。

图2为本实用新型实施例1的正面示意图。

图3为本实用新型实施例1的底面示意图。

图4为本实用新型实施例2的剖面示意图。

图5为本实用新型实施例2的正面示意图。

图6为本实用新型实施例2的底面示意图。

图中，1-胶，2-蓝宝石衬底，3-缓冲层，4- DBR层，5-n型GaN层，6-发光层（蓝光），7-电子阻挡层，8-p型GaN层，9-透明电极层，10-阳极（蓝光），11-GaP衬底，12-n型AlInGaN层，13-发光层（红黄光），14- p型AlInGaN层，15-透明电极层，16-阳极（红黄光），17-阴极（蓝光），18-阴极（红黄光），19-反射层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

实施例1：如图1-3所示，一种新型白光LED结构，包括用导热胶（1）粘合的蓝光LED芯片和红黄光LED芯片，其中，蓝光芯片包括有蓝宝石衬底（2）、在蓝宝石衬底（2）上依次设置的GaN缓冲层（3）、由AlGaN和GaN材料层组成的DBR层（4）、n型GaN层（5）、由2周期材料层组成的发光层（6）、AlGaN电子阻挡层（7）、p型GaN层（8）和ITO透明电极层（9），其中p型GaN层（8）上设有阳极（10），n型GaN层（5）上设有阴极（17），阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ag，焊线材料为Cu；

红黄光芯片包括有GaP衬底（11）、在GaP衬底（11）上依次设置的n型AlInGaN层（12）、Al_0.3In_0.3Ga_0.4P发光层（13）、p型AlInGaN层（14）、ITO透明电极层（15）和金属反射层（19），其中p型AlInGaN层（14）上设有阳极（16），n型AlInGaN层（12）上设有阴极（18），阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ag，焊线材料为Cu；

本实施例中，红黄光芯片的尺寸等于蓝光芯片的尺寸，红黄光芯片阴极（18）与蓝光芯片阴极（17）位于同侧。

实施例1的制作方法为，采用MOCVD技术制成相应的蓝光芯片和红黄光芯片，再用厚度为200 nm的导热胶（1）将蓝光芯片与红黄光芯片粘贴，不同的粘贴方向可使蓝光芯片的阴极（17）与红黄光芯片的阴极（18）位于同侧或异侧，该实施例中，则为同侧，然后在上述粘合芯片的基础上直接进行封装引线，就形成了实施例1中的芯片结构。

实施例2：如图4-6所示，一种新型白光LED结构，包括用有机硅胶（1）粘合的蓝光LED芯片和红黄光LED芯片，其中，蓝光芯片包括有蓝宝石衬底（2）、在蓝宝石衬底（2）上依次设置的GaN缓冲层（3）、由AlGaN和GaN材料层组成的DBR层（4）、n型GaN层（5）、由12周期材料层组成的发光层（6）、AlGaN电子阻挡层（7）、p型GaN层（8）和ITO透明电极层（9），其中P型GaN层（8）上设有阳极（10），n型GaN层（5）上设有阴极（17），阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ag，焊线材料为Cu；

红黄光芯片包括有GaP衬底（11）、在GaP衬底（11）上依次设置的n型AlInGaN层（12）、Al_0.4In_0.4Ga_0.2P发光层（13）、p型AlInGaN层（14）、ITO透明电极层（15）和金属反射层（19），其中p型AlInGaN层（14）上设有阳极（16），n型AlInGaN层（12）上设有阴极（18），阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ag，焊线材料为Cu，本实施例中，GaP衬底（11）右侧被部分剥离，使得红黄光芯片的阴极（18）朝上设置，方便与蓝光芯片中的阴极（17）进行引线；

本实施例中，红黄光芯片的尺寸大于蓝光芯片的尺寸，红黄光芯片多出部分所发射的光能不经过蓝光芯片内部直接发射而出，提高出光效率，红黄光芯片阴极（18）与蓝光芯片阴极（17）位于同侧。

实施例2的制作方法为：采用MOCVD技术制成相应的蓝光芯片和红黄光芯片，再用厚度为2000nm的有机硅胶（1）将蓝光芯片与红黄光芯片粘贴，通过调整粘贴方向使蓝光芯片阴极（17）和红黄光芯片阴极（18）位于同侧，在此基础上直接进行封装引线，就形成了实施例2中的芯片结构。

Claims

1.一种新型白光LED结构，包括通过胶粘合的蓝光LED芯片和红黄光LED芯片，其特征在于：所述蓝光芯片包括衬底、在衬底上依次生长的缓冲层、DBR层、n型半导体材料层、发光层、电子阻挡层、p型半导体材料层和透明电极层；所述红黄光芯片包括衬底、在衬底上依次生长的n型半导体材料层、发光层、p型半导体材料层和透明电极层，透明电极层上设有反射层。

2.根据权利要求1所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述蓝光芯片包括有蓝宝石衬底、GaN缓冲层、DBR层、n型GaN层、由InGaN和GaN材料层组成的发光层、AlGaN电子阻挡层、p型GaN层和ITO透明电极层。

3.根据权利要求1所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述红黄光芯片包括有GaP衬底、n型AlInGaN层、发光波长为560-600nm的Al_xIn_yGa_zP发光层、p型AlInGaN层、ITO透明电极层和反射层，其中AlxInyGazP发光层中，x和y的摩尔分数均为0.25-0.5，x=y，z=1-x-y。

4.根据权利要求1所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述红黄光芯片的尺寸大于或等于蓝光芯片的尺寸。

5.根据权利要求1或3所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述DBR层由2-15个周期材料层组成，每一种周期材料层由AlGaN、InGaN和GaN中的两种材料层组成，每一材料层的厚度为蓝光波长的1/4、1/8或1/16除以材料的折射率。

6.根据权利要求1所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述反射层为金属反射层和/或DBR结构，DBR结构材料为AlGaN、InGaN和GaN中的两种。

7.根据权利要求1所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述胶的材料为有机硅胶、银浆、导热胶、合金焊中的一种或多种，胶的厚度为100nm-100 um。

8.根据权利要求1或2所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述蓝光芯片中，p型半导体材料层上设有阳极，n型半导体材料层上设有阴极，阴、阳极均设有焊线阴、阳极材料均为Ti、Ni、Au、Ag、Pt、Cr和Wu中的一种或多种，焊线材料为Cu、Al和Ag中的一种或多种。

9.根据权利要求1或3所述的新型白光LED结构，其特征在于：所述红黄光芯片中，p型半导体材料层上设有阳极，n型半导体材料层上设有阴极，阴、阳极均设有焊线，阴、阳极材料均为Ti、Ni、Au、Ag、Pt、Cr和Wu中的一种或多种，焊线材料为Cu、Al和Ag中的一种或多种。