一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法

摘要

一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，利用常规工艺形成黄光LED作为蓝光LED薄膜的支撑载体，又可以形成黄光LED与蓝光LED的叠层结构，从芯片端混合直接出射白光，实现衬底的二次转移将导热差的蓝宝石衬底及吸光的GaAs衬底完全去除，代之以高导热导电的Si或金属衬底及高反射率金属层，并在蓝光LED和黄光LED中同时加入了透明电流扩展层，最大幅度地提高了功率型白光LED的出光效率；整个白光LED器件呈单电极垂直芯片结构，只需简单封装工艺。

权利要求

1.一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其步骤是：

1)在n型GaAs衬底上外延生长AlGaInP基黄光LED发光材料，发光材料依次包括n型AlGaInP基半导体层、活性层和p型AlGaInP基半导体层；

2)在AlGaInP基黄光LED的p型欧姆接触层上沉积反射金属膜；

3)将AlGaInP基黄光LED发光材料连接到支撑基底上；

4)去除n型GaAs衬底；

5)在AlGaInP基黄光LED的n型半导体层上沉积第一透明导电层材料，再经过高温热退火以降低透明导电层与黄光LED的n型半导体层的接触电阻；

6)在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；

7)在各单元蓝光LED的p型GaN基半导体层上沉积第二透明导电层材料，再经过高温热退火降低透明导电层与蓝光LED的p型半导体层的接触电阻；

8)通过透明介质材料将GaN基蓝光LED连接到AlGaInP基黄光LED发光材料上；

9)将蓝宝石衬底去除；

10)将露出的透明介质材料采用干法或湿法蚀刻去除；

11)采用干法或者湿法蚀刻去除各单元蓝光LED发光器件边缘的GaN外延材料，露出第二透明导电层；

12)采用蒸发、溅射或化学沉积的方法在露出的透明介质材料外围部分包裹一层导电联接金属；

13)在支撑基底底部沉积第一电极；

14)在蓝光LED顶部沉积第二电极；

15)经过划片处理或切断处理的过程形成单电极白光LED发光芯片。

2.权利要求1所述的一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其特征是：第一、第二透明导电层为ITO、AZO或FTO透明导电膜之一。

3.如权利要求1所述的一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其特征是：透明介质材料为旋转涂布玻璃SOG、BCB树脂、环氧树脂高分子材料之一。

4.如权利要求1所述的一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其特征是：通过晶片键合方式将黄光LED发光材料连接到支撑基底上。

5.如权利要求1所述的一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其特征是：通过直接电镀金属衬底或电镀包含金属的衬底的方式将黄光LED发光材料连接到支撑基底上。

6.如权利要求1所述的一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其特征是：通过激光剥离、湿法蚀刻或机械研磨将蓝宝石衬底去除。

说明书

技术领域

本发明涉及一种白光发光二极管，特别是涉及一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法。

背景技术

白光LED具有发光效率高、省电、无热幅射、不含水银等重金属、无污染及废弃物处理问题等众多优点，被视为″绿色照明光源″的明日之星。目前主要采用三种方式来实现白光：第一种方式是蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光；第二种方式是紫外光LED激发RGB三波长荧光粉来产生白光；第三种方式是RGB三基色LED发光二极管做混光而形成白光。前两种方式都是靠发光二极管激发荧光粉发光，光转换效率较低，而且封装过程荧光粉涂覆很难控制，容易出现发光颜色不正，颜色不均匀等现象；第三种方式需要较复杂的电路驱动，生产成本高，不利其商业化的推广应用。
光效低一直是制约白光LED应用的瓶颈，目前白光LED都是以GaN基LED为基础，而目前大多数的GaN基外延主要生长在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石导电性能差，普通的GaN基发光器件采用横向结构，存在电流堵塞并产生热量的问题；另外，蓝宝石衬底的导热性能低，因此限制了GaN基器件的发光功率及效率。总之，现有白光LED在封装和结构方面存在的缺陷，导致其亮度不够高，发光功率和发光效率比较低，致使白光LED的广泛应用受到限制。

发明内容

为解决上述白光LED封装和结构方面存在的问题，提高白光LED的光效，本发明旨在提出一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的方法，其步骤是：
1)在n型GaAs衬底上外延生长AlGaInP基黄光LED发光材料，发光材料依次包括n型AlGaInP基半导体层、活性层和p型AlGaInP基半导体层；
2)在AlGaInP基黄光LED的p型欧姆接触层上沉积反射金属膜；
3)将AlGaInP基黄光LED发光材料连接到支撑基底上；
4)去除n型GaAs衬底；
5)在AlGaInP基黄光LED的n型半导体层上沉积第一透明导电层材料，再经过高温热退火以降低透明导电层与黄光LED的n型半导体层的接触电阻；
6)在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；
7)在各单元蓝光LED的p型GaN基半导体层上沉积第二透明导电层材料，再经过高温热退火降低透明导电层与蓝光LED的p型半导体层的接触电阻；
8)通过透明介质材料将GaN基蓝光LED连接到AlGaInP基黄光LED发光材料上；
9)将蓝宝石衬底去除；
10)将露出的透明介质材料采用干法或湿法蚀刻去除；
11)采用干法或者湿法蚀刻去除各单元蓝光LED发光器件边缘的GaN外延材料，露出第二透明导电层；
12)采用蒸发、溅射或化学沉积的方法在露出的透明介质材料外围部分包裹一层导电联接金属；
13)在支撑基底底部沉积第一电极；
14)在蓝光LED顶部沉积第二电极；
15)经过划片处理或切断处理的过程形成单电极白光LED发光芯片。
其中步骤1～4是目前制作AlGaInP基倒装功率型LED所普遍采用的工艺步骤，在本发明中被巧妙地应用在制作高光效功率型白光LED芯片上；至此实现了本发明中的第一次衬底转移，这里所用到的高导热导电衬底是实现本发明高光效功率型白光LED芯片的关键之一。
其中步骤5沉积的第一透明导电层一方面是起到扩展电流的作用，同时与n型AlGaInP半导体层形成欧姆接触，另一方面是为后续步骤与顶部蓝光LED的电学串联提供一个平台。
其中步骤7沉积的第二透明导电层一方面起到扩展电流的作用，同时与p型GaN半导体层形成欧姆接触，另一方面是为后续步骤与底部黄光LED的电学串联提供一个平台。
以上步骤5和7沉积的透明导电层，分别为上下两部分LED提供了良好的电流扩展作用，这是本发明实现高光效白光LED芯片的关键之一。
其中步骤8～9是本发明的创新之处，一方面利用步骤1～5形成的黄光LED作为蓝光LED薄膜的支撑载体，另一方面又可以形成黄光LED与蓝光LED的叠层结构，从芯片端混合直接出射白光；至此实现了本发明的第二次衬底转移，步骤9去除导热差的蓝宝石衬底也是本发明制作单电极高光效功率型白光LED的关键。
其中步骤10～12是要实现顶部蓝光LED与底部黄光LED的电学串联的目的。
本发明方法中所采用的第一、第二透明导电层为ITO、AZO或FTO透明导电膜之一；优先采用ITO。透明介质材料为旋转涂布玻璃SOG、BCB树脂、环氧树脂高分子材料之一；通过晶片键合方式将黄光LED发光材料连接到支撑基底上；通过直接电镀金属衬底或电镀包含金属的衬底的方式将黄光LED发光材料连接到支撑基底上；通过激光剥离、湿法蚀刻或机械研磨等方法将蓝宝石衬底去除。
本发明的有益效果是：通过二次衬底转移技术将导热差的蓝宝石衬底及吸光的GaAs衬底完全去除，代之以高导热导电的Si或金属衬底及高反射率金属层，并在蓝光LED和黄光LED中同时加入了透明电流扩展层，最大幅度地提高了功率型白光LED的出光效率；整个白光LED器件呈单电极垂直芯片结构，只需简单封装工艺。

附图说明

图1a～图1e是本发明产品底部黄光LED制造准备过程的截面示意图；
图2a～图2c是本发明产品顶部蓝光LED制造准备过程的截面示意图；
图3a～图3f是本发明产品继上述步骤后合成白光LED制造过程的截面示意图；
图3g是根据本发明优选实施例所制造的发光器件的截面示意图。图中：
100.n型GaAs衬底；110.黄光LED；120.欧姆接触及反射层金属；
130.第一透明导电层；
200.蓝宝石衬底；210.蓝光LED；220.第二透明导电层；
300.Si或金属衬底；310.透明介质材料；320.串联金属；
330.p电极；340.n电极

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种基于二次衬底转移技术的单电极白光LED的制备方法，其步骤如下：
步骤一：如图1a所示，采用MOCVD方法在n型GaAs衬底100上外延生长AlGaInP基黄光LED发光材料110，其中包含n型蚀刻截至半导体层；
步骤二：如图1b所示，采用电子束蒸发在AlGaInP基黄光外延层表面沉积欧姆接触及反射金属层120，选用Au/AuBe，经过高温退火后形成欧姆接触；
步骤三：如图1c所示，采用晶片键合方法将AlGaInP基黄光LED键合在Si衬底300上；
步骤四：如图1d所示，先后依次湿法蚀刻去除n型GaAs衬底100和蚀刻截至半导体层；
步骤五：如图1e所示，采用电子束蒸发在AlGaInP基黄光LED的n型半导体层上沉积ITO作为透明导电层130，经过高温退火后形成欧姆接触；
步骤六：如图2a所示，采用MOCVD方法在蓝宝石衬底200上外延生长GaN基蓝光LED发光材料210；
步骤七：如图2b所示，采用干法蚀刻周期性去除GaN外延，形成分离的单元蓝光LED；
步骤八：如图2c所示，采用电子束蒸发在各单元蓝光LED的p-GaN表面上沉积ITO作为透明导电层220，经过高温退火后形成欧姆接触；
步骤九：如图3a所示，采用BCB树脂310将GaN基蓝光LED210粘接到AlGaInP基黄光LED110上；
步骤十：如图3b所示，采用激光剥离方法将顶部的蓝宝石衬底200去除，选用248nm KrF准分子激光器；
步骤十一：如图3c所示，采用干法蚀刻将露出的BCB树脂310去除；
步骤十二：如图3d所示，采用干法蚀刻去除各单元蓝光LED发光器件边缘的GaN外延材料，露出p型GaN基上的ITO透明导电层220；
步骤十三：如图3e所示，采用电子束蒸发的方式在露出的BCB树脂310外围部分沉积导电金属320，选用Cr/Au；
步骤十四：如图3f所示，在黄光LED底部沉积p电极材料330，选用Ti/Au；
步骤十五：在蓝光LED顶部沉积n电极材料340，选用Cr/Pt/Au；
步骤十六：经过划片处理或切断处理的过程形成单电极白光LED发光芯片。至此完成根据本发明制造的高光效单电极白光LED发光器件，如图3g所示。