專利名稱：一種新型雙色led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種新型雙色LED芯片技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型雙色LED芯片，屬于LED發(fā)光二極管領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]芯片也稱為led發(fā)光芯片，是led燈的核心組件，也就是指的P_N結(jié)。其主要功能是:把電能轉(zhuǎn)化為光能，芯片的主要材料為單晶硅。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。[0003]近年來，下游應(yīng)用市場(chǎng)的繁榮帶動(dòng)我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，芯片市場(chǎng)也迎來發(fā)展良機(jī)。國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)能快速提升，技術(shù)水平不斷進(jìn)步，產(chǎn)品已開始進(jìn)入中高檔次。在芯片市場(chǎng)供貨偏緊和各地政策支持力度加大的背景下，2011年我國(guó)LED產(chǎn)能繼續(xù)擴(kuò)張。在區(qū)域分布上，我國(guó)LED企業(yè)主要集中在閩三角地區(qū)、環(huán)渤海灣地區(qū)和珠三角地區(qū)。[0004]芯片是LED核心器件中的產(chǎn)品，我國(guó)在這一領(lǐng)域的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)目前仍處于“藍(lán)?！彪A段。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的基本格局是外資企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)占據(jù)主導(dǎo)，本土廠商逐步崛起。為進(jìn)一步完善LED產(chǎn)業(yè)鏈，“十二五”期間各級(jí)政府將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)研究的投入，國(guó)內(nèi)LED市場(chǎng)發(fā)展前景樂觀。[0005]目前芯片結(jié)構(gòu)包括:襯底、緩沖層、N型GaN層、多量子阱發(fā)光層、P型GaN層依次排列及分別在P\N型GaN層上的P\N電極，不管是用于正裝的芯片或者倒裝的芯片制備或者垂直結(jié)構(gòu)的芯片，均主要由上述構(gòu)成，芯片結(jié)構(gòu)經(jīng)幾十年的研究從整體結(jié)構(gòu)上仍然沒有任何進(jìn)展性突破。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的發(fā)明目的為提供一種結(jié)構(gòu)獨(dú)創(chuàng)性的芯片，所述的芯片為單片雙色光三電極的LED芯片。實(shí)現(xiàn)在一個(gè)芯片上有兩個(gè)發(fā)光層，并且是不同的兩種顏色的發(fā)光層，可以提高LED發(fā)光二極管的應(yīng)用，另外其具備三電極，可通過輸入的不同電壓或電流來調(diào)節(jié)整個(gè)發(fā)光二極管兩種光色的混合色，以符合燈具的應(yīng)用需求。[0007]本實(shí)用新型的單片雙色光三電極的LED芯片依次包括:襯底，及在襯底上依次生長(zhǎng)的緩沖層、η型GaN層、有源層、ρ型GaN層、有源層、η型GaN層，及分別在Ρ\Ν型GaN層上對(duì)應(yīng)的Ρ\Ν電極，或者襯底，及在襯底上依次生長(zhǎng)的緩沖層、ρ型GaN層、有源層、η型GaN 層、有源層、P型GaN層，及分別在Ρ\Ν型GaN層上對(duì)應(yīng)的Ρ\Ν電極。機(jī)構(gòu)圖見圖la、圖lb。[0008]本實(shí)用新型的LED芯片的雙色光選自紅光、藍(lán)光或綠光中兩種。[0009]本實(shí)用新型LED芯片的有源層分別選自:藍(lán)光量子阱、綠光量子阱、紅光量子阱中兩種。[0010]本實(shí)用新型的另一個(gè) 發(fā)明目的為提供一種制備LED芯片的制備雙光色、三P\N型GaN層的方法。[0011]本發(fā)明LED芯片的外延片采用MOCVD設(shè)備制備，利用高純NH3做N源、磷烷PH3做 P源，高純H2或者高純N2或他們的混合氣體做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn和三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和Al源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做η型Si摻雜源和ρ型Mg摻雜源，具體制備方法如下:在MOCVD反應(yīng)室中加熱襯底，用Η2 或Ν2或者Η2和Ν2的混合氣體作為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和ΝΗ3生長(zhǎng) GaN成核層；然后利用Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層；然后外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在η型Si 摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；在量子阱層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層和Mg摻雜的ρ型GaN層，再生長(zhǎng)一層Mg摻雜的ρ型AlGaN電子阻擋層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在P型Mg摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層。[0012]或者:[0013]在MOCVD反應(yīng)室中加熱襯底，用Η2或Ν2或者Η2和Ν2的混合氣體作為載氣，通入三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa和ΝΗ3生長(zhǎng)GaN成核層；然后利用Η2做為載氣，外延生長(zhǎng)非故意摻雜GaN層；然后生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型GaN層，再在ρ型GaN層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ型 AlGaN電子阻擋層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做In源，在ρ 型Mg摻雜的AlGaN電子阻擋層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；Η2做為載氣，在有源層上外延生長(zhǎng)η型Si摻雜的GaN層；利用Ν2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga源，以三甲基銦TEIn做 In源，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；在量子阱層上生長(zhǎng)Mg摻雜的ρ 型AlGaN電子阻擋層和Mg摻雜的ρ型GaN層。[0014]磊晶完成后分別蝕刻出電極平臺(tái)，并制備反射層、電流擴(kuò)散層等，制備電極，研磨減薄襯底，切割并裂片；或剝離襯底，制備電極平臺(tái)、反射層、電流擴(kuò)散層等，制備電極，切割并裂片。[0015]本發(fā)明中LED外延片中，當(dāng)有源層分別為藍(lán)光量子阱、綠光量子阱中兩種時(shí)，生長(zhǎng) InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)，有源層中In的組分質(zhì)量分別選自20%_50%或10%_30%兩種，相應(yīng)波長(zhǎng)為 410-480nm 或 480_570nm。[0016]本發(fā)明中LED外延片中，當(dāng)有源層其中一層為紅光量子阱時(shí)，進(jìn)一步加入三甲基鋁TEAl做Al源和磷烷PH3生長(zhǎng)ALGAINP量子阱有源層，控制In組分質(zhì)量為30_60%，發(fā)光波長(zhǎng)為 620-760nm。[0017]本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的為提供一種雙光色、三電極的LED芯片。所述的LED芯片依次包括:襯底、緩沖層、P\N型GaN層、P\N電極、有源層、P\N型GaN層、P\N電極、有源層、P\N型GaN層、P\N電極。結(jié)構(gòu)圖如圖2a、圖2b所示。[0018]本發(fā)明所述的雙光色、三電極的LED芯片，其中三層P\N型GaN層分別為一層P型 GaN層，兩層N型GaN層或一層N型GaN層，兩層P型GaN層，對(duì)應(yīng)三個(gè)電極為一個(gè)P電極， 兩個(gè)N電極,或者一個(gè)N電極,兩個(gè)P電極。[0019]本發(fā)明所述的單外延片雙色光三P\N型GaN層的LED外延片制備成藍(lán)綠可調(diào)控式 LED發(fā)光二極管的方法，通過對(duì)LED發(fā)光二級(jí)管中電流的控制實(shí)現(xiàn)藍(lán)綠兩光的控制，雙N型 GaN層上分別做N1、N2電極，ρ型GaN層上做P電極，N1至P極、N2至P極的電流分別為I1'·12，11、12在0到5八范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，利用Ip 12不同電流的配比，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙色光的調(diào)節(jié)。當(dāng)I1=OA 時(shí)，OA < I2 ^ 5A時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)綠光；當(dāng)I2=OA時(shí)，OA < I1 ^ 5A 時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)藍(lán)光。當(dāng)Ip I2均不為OA時(shí)，該發(fā)光二極管發(fā)的為藍(lán)綠混合光。I1U2優(yōu)選調(diào)節(jié)范圍為O到1A，當(dāng)I1=OA時(shí)，OA < I2 ^ IA時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式 LED發(fā)光二極管完全發(fā)綠光；當(dāng)I2=OA時(shí)，OA < I1S IA時(shí)，藍(lán)綠可調(diào)控式LED發(fā)光二極管完全發(fā)藍(lán)光。


[0020]本發(fā)明中附圖僅為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步解釋，不得作為本發(fā)明發(fā)明范圍的限制。[0021]圖la、圖1b本發(fā)明LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖[0022]圖2a、圖2b本發(fā)明LED芯片結(jié)構(gòu)示意圖[0023]I為P電極、2為N電極、3為P型氮化鎵層、4為N型氮化鎵層[0024]具體實(shí)施方法[0025]本發(fā)明的實(shí)施例僅為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容能實(shí)施本發(fā)明，不得作為本發(fā)明發(fā)明范圍的限制。[0026]實(shí)施例1藍(lán)綠芯片制備[0027]MOCVD設(shè)備，利用高純NH3做N源、磷烷PH3做P源，高純H2或者高純N2或他們的混合氣體做載氣，三甲基鎵TMGa或三乙基鎵TEGa、三甲基銦TMIn和三甲基鋁TMAl分別做Ga源、In源和Al源，利用硅烷SiH4、二茂鎂CP2Mg分別做η型Si摻雜源和ρ型Mg摻雜源，具體制備方法如下:[0028]預(yù)處理:在MOCVD反應(yīng)室中把襯底加熱到1030°C，用Η2作為載氣，高溫處理時(shí)間為1500秒；[0029]緩沖層制備:把襯底溫度降低到560°C，利用H2做為載氣，通入三甲基鎵TMGa和 NH3生長(zhǎng)20-40nm厚的GaN成核層；然后把襯底溫度升高到1000°C -1100°C之間，利用H2做為載氣，外延生長(zhǎng)1-2微米厚的非故意摻雜GaN層；[0030]η型GaN層制備:然后把襯底溫度升高到800°C -1100°C之間，利用H2做為載氣，外延生長(zhǎng)2-4微米厚的η型Si摻雜的GaN層，摻雜濃度控制在-5.0E+18--1.5Ε+19 cm-3 ；[0031]有源層制備:將襯底溫度降到780°C ±25°C，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga 源，以三甲基銦TEIn做In源，In的濃度控制在40%左右，在η型Si摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；[0032]ρ型GaN層制備:將襯底溫度升高到900_950°C，在量子阱層上生長(zhǎng)30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm-3的ρ型AlGaN電子阻擋層和150nm厚的Mg摻雜濃度在1.0E+21cm_3 的P型GaN層，再生長(zhǎng)一層30nm厚的Mg摻雜濃度在1.5E+21cm_3的ρ型AlGaN電子阻擋層；[0033]有源層制備:將襯底溫度降到780V ±25°C，利用N2做載氣，三乙基鎵TEGa做Ga 源，以三甲基銦TEIn做In源，In的濃度控制在20%左右，在P型Mg摻雜的GaN層上外延生長(zhǎng)多量子阱有源層；[0034]η型GaN層 制備:把襯底溫度升高到800°C -1100°C之間，H2做為載氣，外延生長(zhǎng) 2-4微米厚的η型Si摻雜的GaN層，摻雜濃度控制在-5.0Ε+18--1.5Ε+19 cm_3。[0035]生長(zhǎng)完成后，經(jīng)退火處理，進(jìn)入芯片制程，蝕刻電極平臺(tái)，制備電極等，經(jīng)研磨切割后制備得三電極兩發(fā)光層 的芯片。
權(quán)利要求1.一種雙色LED芯片，包括:襯底、緩沖層、發(fā)光層、P\N層、及電極，其特征在于所述的 LED芯片為單芯片、雙色光、三電極的LED芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于雙色光選自:紅、綠、藍(lán)中的兩種色光；三電極選自:兩P極一個(gè)N極或兩N極一個(gè)P極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯片，其特征在于三電極為兩N極一個(gè)P極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的芯片，其特征在于芯片的結(jié)構(gòu)依次包括: 襯底、緩沖層、P\N層、發(fā)光層、P\N層、發(fā)光層、P\N層，及在P\N層上面對(duì)應(yīng)的電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的芯片，其特征在于芯片的結(jié)構(gòu)依次包括:襯底、緩沖層、N層、 發(fā)光層、P層、發(fā)光層、N層,及在P\N層 上面對(duì)應(yīng)的電極。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型LED芯片，屬于LED發(fā)光二極管領(lǐng)域，本實(shí)用新型所述的新型LED芯片，包括襯底、緩沖層、發(fā)光層、P\N層、及電極，其中發(fā)光層為雙發(fā)光層，并且有三個(gè)電極。
文檔編號(hào)H01L33/04GK203150597SQ20132011590
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者林桂榮, 顏建鋒, 敖輝, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名 申請(qǐng)人:江蘇漢萊科技有限公司