专利名称：单芯片白光led及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光二极管(LED)的结构及其制作方法，属于发光二极管 (LED)制造技术领域。
背景技术：
目前，LED实现白光的方法主要有三种1、通过LED红绿蓝的三基色多芯片组合发 光合成白光；其优点是效率高、色温可控、显色性较好，不足是三基色光衰不同导致色温不 稳定，封装固晶打线较为复杂，且红、绿、蓝三基色芯片所需驱动电压不同，需在每个LED芯 片上加不同的驱动电流调整颜色及亮度，控制电路较复杂、成本较高；2、蓝光LED芯片激发 黄色荧光粉，由LED蓝光和荧光粉发出的黄绿光合成白光；为改善显色性能还可以在其中 加少量红色荧光粉或同时加适量绿色、红色荧光粉；其优点是效率高、制备简单、温度稳定 性较好、显色性较好；其不足之处是一致性差、色温随角度变化，黄色荧光粉精准定量控制 不易，造成光色偏蓝或偏黄现象；3、紫外光LED芯片激发荧光粉发出三基色合成白光；其优 点为显色性好、制备简单；其不足在于目前LED芯片效率较低，有紫外光泄漏问题，荧光粉 存在温度不稳定等问题。一般白光LED制造方法，其一为蓝光LED晶粒加YAG黄色荧光粉， 白光波长只有两波长，只适用于指示之用，无法用于真正照明；另一种制造方式以紫外光激 发三基色荧光粉，产生三波长的白光，如申请号02124450. 2的《三波长白光发光二极管的 制造方法》就是选择波长430-480nm波段蓝光LED晶粒，于晶粒上涂覆红、绿荧光体，以蓝色 光激发红、绿荧光体，而产生红、蓝、绿三波长的白色光。目前因紫外光LED晶粒的衰减时间 快，并且尚无紫外光封装专用的透明树脂，使用寿命与品质都降低不少。中国专利文献CNlO 1771028A公开了一种《一种白光LED芯片及其制造方法》，包括 构成顺次构成层叠结构的第一类型LED芯片、第二类型LED芯片、及第三类型LED芯片；所 述第一类型LED芯片、所述第二类型LED芯片、及所述第三类型LED芯片均包括间隔排列的 基本发光单元与环氧树脂透镜。该白光LED芯片的制造方法，包括分别制作包括间隔排列 的基本发光单元与环氧树脂透镜的第一类型LED芯片、所述第二类型LED芯片、及所述第三 类型LED芯片，并将上述三者键合以构成层叠结构的步骤。上述《一种白光LED芯片及其制造方法》是利用三种类型的芯片层叠，相当于将三 种类型芯片串联，三种芯片各自有各自的上下电极和衬底，是三个独立的芯片；三种颜色的 光在环氧树脂透镜内逐步收集最后混合为白光，利用环氧树脂透镜聚光混光，与将三种颜 色的芯片封装在同一环氧树脂内相似，封装工艺相对繁琐复杂。
发明内容
本发明针对现有白光LED制作方法存在的问题，提供一种稳定性好、寿命长、体积 小的单芯片白光LED，同时提供一种该单芯片白光LED的制备方法。本发明的单芯片白光LED采用以下技术方案该单芯片白光LED包括红光LED芯片、蓝光LED芯片和绿光LED芯片，去除衬底的蓝光LED芯片的外延层与去除衬底的红光LED芯片的外延层相对粘接在一起，绿光LED芯 片的外延层与蓝光LED外延层的底部相对粘接在一起，红光LED外延层上设有P电极，绿光 LED芯片的衬底底部设有N电极。在制作的单芯片白光LED的P电极和N电极间加电流、电 压，三波长的光混合就会产生白光。上述单芯片白光LED的制备方法，包括以下步骤(1)按蓝光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在蓝光LED芯片衬底上生长蓝光LED 外延层，制备出蓝光LED芯片结构；(2)按红光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在P型GaAs衬底上制备红光LED外 延层，制备出红光LED芯片结构；(3)按绿光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在绿光LED芯片衬底上生长绿光LED 外延层，制备出绿光LED芯片结构；(4)将红光LED外延层与蓝光LED外延层相对，通过透明导电胶粘结在一起，两者 的衬底均在外端；(5)去除蓝光LED芯片衬底(可通过剥离、研磨或湿法腐蚀等现有通用方法)；(6)将绿光LED外延层与蓝光LED外延层的底部相对，通过透明导电胶粘结在一 起，此时绿光LED芯片衬底和红光LED芯片的GaAs衬底在外端；(7)去除红光LED芯片的GaAs衬底(可通过湿法或干法等现有通用方法)；(8)在红光LED外延层上制备出P电极(可按现有制备P电极的通用方法)；(9)在绿光LED芯片的衬底底部制备出N电极(可按现有制备N电极的通用方 法)，得到垂直结构的单芯片白光LED。上述方法中蓝光LED芯片衬底和绿光LED芯片衬底材料可采用A1203、SiC、GaN, GaP等材料，本发明绿光LED芯片衬底优先采用SiC衬底，其高导热导电能力是本发明白光 LED芯片实现高光效高功率的关键因素之一。本发明制备的白光LED是以蓝光LED、红光LED和绿光LED组合为一芯片，三波长 的光混合形成白光，只需单一芯片即可发出白光，是一种真正意义上的白光LED芯片。无 复杂的电路驱动、封装形式，无荧光粉存在的性能衰退和不稳定等问题，同时具有使用寿命 长、稳定性好、体积小、高发光效率等优点。
图1是按常规方法制备的蓝光LED芯片结构示意图。图2是按常规方法制备的红光LED芯片结构示意图。图3是按常规方法制备的绿光LED芯片结构示意图。图4是将红光LED芯片与蓝光LED芯片粘接的示意图。图5是将绿光LED芯与蓝光LED芯片粘接的示意图。图6是湿法去除红光LED P型GaAs衬底的示意图。图7是本发明制备的白光LED的结构示意图。图中:100、Al2O3衬底，110、蓝光LED外延层，120、透明导电胶，130、透明导电胶， 200、P型GaAs衬底，210、红光LED外延层，300、SiC衬底，310、绿光LED外延层，400、白光 LED P电极，410、白光LED N电极。
具体实施例方式本发明制备的单芯片白光LED结构如图7所示，具体制备过程如下(1)采用常规MOCVD (金属有机化合物化学气相淀积)工艺在Al2O3衬底100上生 长蓝光外延层110，如图1所示，蓝光外延层110自衬底以上依次包含N型GaN层、有源区和 P型feiN层。(2)采用常规MOCVD (金属有机化合物化学气相淀积)工艺在P型GaAs衬底200 上生长红光LED外延层210，如图2所示，外延层210自衬底以上依次包含P型AlfetInP层、 有源区和N型AlGaInP层。(3)采用常规MOCVD (金属有机化合物化学气相淀积)工艺在SiC衬底300上生长 绿光LED外延层310，如图3所示，外延层310自衬底以上依次包含N型GaN层、有源区和P 型feiN层。(4)如图4所示，在蓝光LED外延层110上面涂覆透明导电胶120，将红光LED外 延层210与蓝光LED外延层110相对粘接在一起；粘接后上下面为P型GaAs衬底200与蓝 光LED的Al2O3衬底100。(5)通过激光剥离去除蓝光LED芯片的Al2O3衬底100 ；(6)如图5所示，在蓝光LED外延层110的底部涂覆透明导电胶130，将绿光LED 外延层310粘结到蓝光LED外延层110的底部；此时，SiC衬底300处于最下面。(7)如图6所示，通过湿法腐蚀去除红光LED P型GaAs衬底200，腐蚀液配比为双 氧水、氨水和水的体积比为1 3 3，腐蚀干净后用去离子水清洗。(8)在红光LED外延层210上按现有通用方法制备出P电极400 ；(9)在SiC衬底300上按现有通用制备N电极410，得到如图7所示的单芯片白光 LED。本发明的白光LED是单芯片形式，通过去除衬底、透明导电胶粘接等手段，最后制 作为单一芯片，共有一个上电极、一个下电极，有三个有源区，共有一个衬底；本发明的是单 一芯片，三种颜色光在单芯片内混合为白光，只需简单常规封装工艺即可。无论从理念还是 制作工艺上都与中国专利文献CN101771028A公开的《一种白光LED芯片及其制造方法》有 本质区别。
权利要求
1.一种单芯片白光LED，包括红光LED芯片、蓝光LED芯片和绿光LED芯片，其特征是 去除衬底的蓝光LED芯片的外延层与去除衬底的红光LED芯片的外延层相对粘接在一起， 绿光LED芯片的外延层与蓝光LED外延层的底部相对粘接在一起，红光LED外延层上设有 P电极，绿光LED芯片的衬底底部设有N电极。
2.—种权利要求1所述单芯片白光LED的制备方法，其特征是包括以下步骤(1)按蓝光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在蓝光LED芯片衬底上生长蓝光LED外 延层，制备出蓝光LED芯片结构；(2)按红光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在P型GaAs衬底上制备红光LED外延 层，制备出红光LED芯片结构；(3)按绿光LED芯片常规MOCVD外延生长方法在绿光LED芯片衬底上生长绿光LED外 延层，制备出绿光LED芯片结构；(4)将红光LED外延层与蓝光LED外延层相对，通过透明导电胶粘结在一起，两者的衬 底均在外端；(5)去除蓝光LED芯片衬底；(6)将绿光LED外延层与蓝光LED外延层的底部相对，通过透明导电胶粘结在一起，此 时绿光LED芯片衬底和红光LED芯片的GaAs衬底在外端；(7)去除红光LED芯片的GaAs衬底；(8)在红光LED外延层上制备出P电极；(9)在绿光LED芯片的衬底底部制备出N电极，得到垂直结构的单芯片白光LED。
全文摘要
本发明提供了一种单芯片白光LED及其制备方法。该单芯片白光LED包括红光LED芯片、蓝光LED芯片和绿光LED芯片，其制备方法，包括以下步骤(1)制备出蓝光LED芯片结构；(2)制备出红光LED芯片结构；(3)制备出绿光LED芯片结构；(4)将红光LED外延层与蓝光LED外延层相对粘结在一起；(5)去除蓝光LED芯片衬底；(6)将绿光LED外延层与蓝光LED外延层的底部相对粘结在一起；(7)去除红光LED芯片的GaAs衬底；(8)在红光LED外延层上制备出P电极；(9)在绿光LED芯片的衬底底部制备出N电极，得到垂直结构的单芯片白光LED。本发明只需单一芯片即可发出白光，具有使用寿命长、稳定性好、体积小、高发光效率等优点。
文档编号H01L21/50GK102064169SQ20101055844
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者任忠祥, 夏伟, 张秋霞, 徐现刚, 苏建 申请人:山东华光光电子有限公司