[發明專利]一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法

在審

• 申請號: 201310549164.5
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103560182A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 韋勝國
• 申請（專利權）人: 韋勝國
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 陳月福

技術領域

本發明涉及半導體設計及制造技術領域，尤其涉及一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法。

背景技術

發光二極管(LED)作為一種新型光源，具有體積小、效率高、壽命長、節能、抗震動能力強、響應時問快、無污染等優點，這些優點都會給人帶來便利，被人們稱為第四代固體照明光源，廣泛應用于醫療，電子通訊，科研，顯示等領域。目前，在相同的照明條件下，其能耗僅為白熾燈的20％，熒光燈的50％。到2020年，即使只將50％的白熾燈和熒光燈替換為白光LED，至少可以節約一半的照明用電，減少C02排放3億5千萬噸，節能和環保效果將十分明顯。

理想的白光LED是采用紅、綠、藍三基色發光二極管來合成，三色二極管的光強度可分開控制，形成全彩的變色效果，并可通過波長和強度的選擇來得到較佳的演色性，但由于使用的三個二極管都是熱源，散熱是其他封裝形式的三倍，芯片光效更會隨溫度的上升而明顯的下降，并造成其壽命的縮短。為了解決散熱，多個小組研制出單芯片型白光LEDs，中國臺灣Chen等采用有源層中不同的量子阱，用不同的In組分來控制發光波長（Chen?C?H，Chang?S?J，Su?Y?K，et?a1.IEEE?Photonics?TeehnoI.Lett.，2002，14(7)：908），他們在藍寶石襯底上依次生長InGaN／GaN藍光LEDs和InGaN／GaN綠光LEDs結構，當注入電流小于200mA時，得到了接近白光的發射光譜，但色溫卻高達9000K。北京工業大學Guo等則采用鍵合技術制作GaAs／GaN白光LEDs（Guo?X，Shen?G?D，Guan?B?L，et?a1.Appl.Phys.Lett,2008，92(1)：013507）。然而，由于三種i卷片的量子效率各不相同，衰減也不同，最終造成出光顏色不穩定。日本日亞公司(Nichia?Co.)首先提出采用460nm藍光激發YAG黃光熒光粉來得到白光LED（Park?J?K，Lira?M?A，Kim?C?H，et?a1.Appl.Phys.Lett；2003，82(5)：683.Allen?S?C，Steckl?A?j.Appl.Phys.Lett.,2008，92(14)：143309），YAG熒光粉通過吸收一部分藍光來激發黃光，黃光與沒被吸收的藍光混合產生白光，這種方法因其結構簡單，容易制作，加上YAG熒光粉制作工藝的成熟，已經廣泛應用到自光LED的生產領域，但也存在幾個重要問題很長時問無法解決，首先是均勻度問題，由于參與自光配色的藍光芯片波長的偏移、強度的變化以及熒光粉涂料厚度的改變均會影響其出光均勻度，其次由于激發的發光光譜中缺少紅色波段成分，其白光色溫偏高(4000～7000K)、演色性偏低等問題，限制其在醫療、顯示等對色域要求高的領域中的應用。用紫外光配上三色(RGB)熒光粉提供了另一個研發方向，其方法主要是利用實際上不參與配出白光的紫外LEDs激發紅、綠、藍熒光粉，再由三色熒光粉發出的三色光配成白光。由于紫外二極管不參與白光的配色，因此其波長與強度的波動對出光穩定性而言不會影響太大，通過調整各色熒光粉的配比，雖然可得到理想的色溫和演色性，但激發三色熒光粉的紫外光波長(熒光粉最佳轉換效率之激發波長)很難選擇，由于熒光粉在Stocks變換中存在能量損失，用高能量的UV光子激發低能量的紅、綠、藍光子造成光效比較低，且封裝材料在紫外光下易老化，壽命短，還存在紫外線泄露的安全隱患。

采用440nm短波長InGaN／GaN藍光LED芯片激發高效紅、綠熒光粉制得低色溫高顯色性白光LED是實現白光LED的又一途徑，用這種方法即可避免紫外光激發帶來的一系列問題，又可得到較好的色溫和演色性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

采用金屬有機物化學氣相沉積方法，在圖形化藍寶石襯底上外延InGaN/GaN結構；

InGaN/GaN結構通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發后制備成LED芯片；

LED芯片再通過刺晶、引線、灌膠、烘烤，被封裝成LED管座；

向LED管座注入熒光粉封，裝成GaN基低色溫高顯色白光LED。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述GaN基低色溫高顯色白光LED在20mA工作電流下，工作電壓為3.19V，發光波長為440nm。