一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法与流程

本发明涉及LED芯片技术领域，尤其涉及一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法。

背景技术：

目前，LED行业相对成熟，都是通过生长发光材料形成单PN，利用PN在电流注入复合过程中发光，波长从300nm左右的紫外光到波长610nm左右的红光，都已经有成熟的技术进行生产，但一直没有LED芯片可以产生两种及两种以上的波长LED芯片，究其原因就在于LED芯片的发光层一旦生长完毕后，LED芯片的发光材料的禁带宽度就已经确定，禁带宽度绝对波长，所以一般一颗LED芯片一般只能发出一种光；纵使市场有多个波长LED芯片同时发光或者间隔发光的需求，也是将不同波长的LED芯片在封装的过程中通过打焊互联实现或者是通过激发其他材料发光方式实现，如蓝光封白光就是通过激发荧光粉产生绿色和红色光，最终产生白光。由于单颗芯片的颜色只能是一种，颜色单一，所以多种芯片组合使用，会使芯片成本翻倍；现有技术中，在白光通过封装制作白光中，激发红光效率较低，在实际应用过程中，往往为了提高显色指数就意味着牺牲光效，且各波长光的占比百分比不容易控制；而蓝光封白光工作中，一旦封装完成，色温固定，不可调芯片工作电流增大，光效也慢慢下降。基于上述陈述，本发明提出了一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法。

一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1、NP-PN外延结构的生长；

S11、将图形化蓝宝石衬底放入外延生长炉MOCVD中，采用有缓冲buffer层的外延程序生长，生长采用氢气作为载气，使用Ga源、In源、N源和P型掺杂剂、N型掺杂剂，衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质；

S12、采用二步法生长，先生长一层10～50nm的低温GaN缓冲层buffer，然后升温生长4μm的N型GaN材料。 LED结构的样品在此基础上继续生长由1～100个周期InxGa1-xN/GaN构成的有源区量子阱，其上是10～50nm的P型AlGaN电子阻挡层，最后生长400nm～550nm的P型GaN接触层；

S13、继续在步骤S2中的结构上面生长10～50nm的P型AlGaN电子阻挡层，然后生长1～100个周期的GaN/InyGa1-yN构成的有源区，最后生长200nm～400nm的N型GaN接触层；

S2、芯片制程；

S21、完成步骤S1中的外延生长后，分别通过mesa-1光刻、mesa-1刻蚀和通过mesa-2光刻、mesa-2刻蚀，然后通过NP光刻、镀金属Ni/Cu后，剥离清洗，最后在芯片表面沉积一层SiO₂保护层，去除电极表面的SiO₂，成为成品芯片。

优选的，所述步骤S11中的图形化蓝宝石衬底可以替换为SiC衬底或Si衬底。

优选的，所述步骤S11中的Ga源、In源、N源分别为三甲基镓、三甲基铟和氨气。

优选的，所述步骤S11中的P型掺杂剂、N型掺杂剂分别是二茂镁和硅烷。

优选的，所述步骤S1中的外延结构可以替换制成PN-NP结构或NP-PN-NP，并且后面每增加一层外延结构，发光层增加一层。

本发明本发明制作的单颗芯片里面有多个PN节，且不同PN节可以独立发光，从而使得单颗芯片可以发出多种波长的光，使芯片的颜色更加丰富，并且通过将工作电流平分到不同的PN节上，导致单PN电流密度下降，芯片光效大大提高，有效的解决了传统不同波长芯片组合过程中，采购芯片数量增加导致的成本过高；本发明可以通过改变不同PN工作电流来改变不同波长的占比情况，后期应用灵活便捷，并且像素得到了大大的提高，使用的过程中无需封装相关工序，降低了成本，本发明提高了MOCVD的利用率，降低了成本，在PN节结构中，只需增加20%的MOCVD时间及芯片成本，就能产生双倍芯片亮度的效果，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，步骤S12中生长形成的外延结构示意图。

图2为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，步骤S13中生长形成的外延结构示意图。

图3为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，步骤S21中通过mesa-1光刻、mesa-1刻蚀形成的结构示意图。

图4为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，步骤S21中通过mesa-2光刻、mesa-2刻蚀形成的结构示意图。

图5为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，步骤S21中通过NP光刻、镀金属Ni/Cu后，剥离清洗，形成的结构示意图。

图6为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，步骤S21中形成的成品芯片结构示意图。

图7为本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法中，通过电路设计形成的成品芯片使用示意图。

具体实施方式

参照附图1-6，下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例

本发明提出的一种可发多种复合光及单色光LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1、NP-PN外延结构的生长；

S11、将图形化蓝宝石衬底放入外延生长炉MOCVD中，采用有缓冲buffer层的外延程序生长，生长采用氢气作为载气，分别使用三甲基镓（TMGa）、三甲基铟（TMIn）和氨气（NH3）做Ga源、In源、N源，分别使用二茂镁（DCpMg）和硅烷（SiH4）做P型掺杂剂、N型掺杂剂，衬底在反应室内经过高温热处理去除表面杂质；

S12、采用二步法生长，先生长一层10～50nm的低温GaN缓冲层buffer，然后升温生长4μm的N型GaN材料。 LED结构的样品在此基础上继续生长由1～100个周期InxGa1-xN/GaN构成的有源区量子阱，其上是10～50nm的P型AlGaN电子阻挡层，最后生长400nm～550nm的P型GaN接触层（结构示意图如图1所示）；

量子阱波长的控制：材料的发光波长λ和禁带的宽度Eg有以下公式：

λ=1240/Eg

由于InN的禁带宽度是1.9eV，GaN的禁带宽度是3.4eV，AlN的禁带宽度是6.2eV，且三种材料热力学稳定相都是铅锌矿结构，在制备GaN的过程中通过改变制备GaN沉积气体的比例，可以很容易得到 InxGa1-xN、AlyGa1-yN稳定结构，且禁带宽度Eg随着所沉积材料成分的变化连续变化，所以通过在沉积过程中加In或者Al可以调整禁带的宽度从1.9～6.2eV，所以波长控制范围在200nm~650nm，例如目前现在主流的蓝光芯片的波长在455nm左右，而单纯的GaN的波长在365nm左右，需要将禁带宽度调小，即掺杂In，目前所准备的成分是In0.2Ga0.8N；所以在准备的过程中可以选择的量子阱结构是InxGa1-xN/GaN（制备λ＞365nm）或者AlyGa1-yN/GaN（制备λ＜365nm）；

S13、继续在步骤S2中的结构上面生长10～50nm的P型AlGaN电子阻挡层，然后生长1～100个周期的GaN/InyGa1-yN构成的有源区，最后生长200nm～400nm的N型GaN接触层（结构示意图如图2所示）；

S2、芯片制程；

S21、完成步骤S1中的外延生长后，分别通过mesa-1光刻、mesa-1刻蚀（结构示意图如图3所示）和通过mesa-2光刻、mesa-2刻蚀（结构示意图如图4所示），然后通过NP光刻、镀金属Ni/Cu后，剥离清洗（结构示意图如图5所示），最后在芯片表面沉积一层SiO₂保护层，去除电极表面的SiO₂，成为成品芯片（结构示意图如图6所示）。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。