[發明專利]一種制備基于鋁酸鋰襯底單芯片白光LED的方法及其結構

在審

• 申請號: 201710759420.1
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107331743A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 鄒軍;徐一超;石明明;李楊;楊波波;李文博;吳文娟;房永征
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學;浙江億米光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/08;H01L33/06;H01L33/32
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及一種LED照明技術，特別涉及一種制備單芯片白光LED的方法。

背景技術

白光發光二極管(LED)因其節能、環保、長壽命等優點作為新一代光源而被廣泛使用在照明、顯示器和車燈等領域。目前，商業用白光LED光源封裝，主要采用在藍光LED芯片上覆蓋熒光粉。這種藍光芯片發射帶較窄，通過復合LED基板產生的短波長藍光和熒光粉發射的長波長黃光，從而得到寬帶白光發射。封裝工藝為硅膠混合熒光粉粘接在藍光芯片上。然而,硅膠為有機物，Tg(玻璃化轉變溫度)只有150℃左右且熱導率低，在光源使用過程中極易出現老化而變黃。硅膠老化會造成封裝結構不穩定，熒光粉和芯片粘接不牢，也易出現壓斷焊接金線而造成死燈現象，硅膠變黃會造成光源色溫漂移，以上不穩定因素都極大影響了LED光源可靠性和使用壽命，限制了大功率LED的發展。

另一種實現白光LED的方法是采用多種LED晶粒復合發白光，每種LED晶?？梢园l射不同波長的光。例如，通過改變InGaN/GaN基LED中銦的含量，一個LED晶?？梢詫崿F藍光，藍/綠光和紫外光/琥珀光發射。近年來，有研究表明通過控制InGaN/GaN納米柱狀陣列的直徑來改變銦成分含量，可以實現可調節波長發射。然而，多晶粒的使用很大程度上會增加LED發光的復雜性帶來的成本，阻礙了這一技術的更廣泛使用。

發明內容

本發明提供了一種制備基于鋁酸鋰襯底單芯片白光LED的方法，以解決傳統LED燈需使用熒光粉，多晶粒LED發光復雜從而帶來成本過高的問題，為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

一種制備基于鋁酸鋰襯底單芯片白光LED的方法，制備裝置包括飛秒激光器、鋁酸鋰襯底、聚焦透鏡以及計算機可控的移動平臺，該方法包括以下步驟：

a.飛秒激光器發射出的激光經過聚焦透鏡聚焦后在鋁酸鋰襯底上進行刻蝕，再通過計算機自動控制鋁酸鋰襯底按照預定的方向移動使之刻出所要的形狀，刻蝕后的凹槽的寬度為35-40μm；刻蝕后的凹槽間的距離為245-255μm；b.采用金屬有機化學氣相沉淀法(MOCVD)在激光刻蝕后的鋁酸鋰襯底上生長外延層，得到InGaN/GaN基LED；其中，其從激光刻蝕后的鋁酸鋰襯底向上，整個覆蓋有GaN緩沖層，然后依次向上的各層包括：N型GaN層、多周期的InGaN/GaN量子阱層、電子屏蔽層和P型GaN層；本發明采用的是鋁酸鋰襯底，在鋁酸鋰襯底生長出的是非極性的GaN，其發光效率比極性GaN高，且具有更高的量子效率和硬度，耐高溫，耐酸堿等特性。

優選的，所述步驟a中，所述鋁酸鋰襯底上設置有四個不同區域，各個區域刻蝕深度按要求設計成不同深度，單獨的區域內通過激光刻蝕出具有相同寬度和深度的凹槽陣列,且所述凹槽之間的距離相同；其中，每個區域可發射不同波長的光，四個區域的光復合產生白色光，本方案不需要在表面涂敷熒光粉，僅靠單芯片本身的發光就能實現白光發射，在不需要熒光粉的轉換條件下可以大大降低成本。

優選的，所述InGaN/GaN量子阱層由GaN層和InGaN層相互交替疊加形成，且InGaN/GaN量子阱層為5至7層，通過向量子阱中摻雜銦元素，制造出的LED在不產生斯托克位移下發光效率會更高。

優選的，N型GaN層的厚度控制在2-5μm之間，P型GaN層的厚度控制在68-75nm之間；電子屏蔽層的厚度控制在25-30nm之間；緩沖層的材質為GaN，厚度控制在28-35nm之間。

優選的，N型GaN層的厚度為2μm，P型GaN層的厚度為70nm；電子屏蔽層的厚度為25nm；緩沖層的材質為GaN，厚度為30nm；刻蝕后的凹槽的寬度為37μm；刻蝕后的凹槽間的距離為250μm。

優選的，所述P型GaN層上設置有P電極，GaN緩沖層上設置有N電極。