[发明专利]一种所需颜色发光二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种所需颜色发光二极管芯片及其制造方法。

背景技术

随着国家推动节能减排政策的推出，LED照明必将成为未来照明市场的主流，LED装饰及LED节能显示屏等也将大规模呈现。传统的白光LED一般通过封装工艺或芯片工艺来实现，封装工艺一般是在GaN基蓝光LED芯片上涂覆荧光粉胶水，部分蓝光激发荧光粉产生黄绿光，另一部分透射出来的蓝光则与黄绿光混光产生白光，此方法由于荧光粉长时间处于LED光直射的高温状态下，容易引起性能退化，使白光LED的效率下降和光谱改变，从而使LED长奉命的优点难以发挥；采用芯片工艺实现白光LED的方法，一般是将可以混成白光的两个或三个不同波长的半导体发光二极管芯片层叠起来，复合成白光，如美国专利US6633120和中国专利号200910200961.6所示的层叠结构白光LED，此种结构无需荧光粉，发光效率较高，但其工艺较复杂，生产成本高，产能低，难以实现量产。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单，无需荧光粉，在芯片制作阶段即可实现低成本、高性能的所需颜色的发光二极管芯片。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种所需颜色发光二极管芯片，包括衬底和形成于衬底上的外延层，所述外延层包括自下而上形成于衬底上的N型半导体层、有源层、P型半导体层，其特征在于：所述衬底上的外延层分离成至少两个发光模块，各发光模块都设有独立的正负电极，所述各发光模块的有源层分别注入有不同比例浓度的包含In和Al元素的离子，以对各发光模块的发光波长进行调节,从而使各发光模块实现不同颜色的发光，且可通过调节各发光模块输入电流的大小来调节各发光模块的亮度。

进一步地，所述有源层为发射可连续调节波长的单层或者多层量子阱，量子阱周期数为1～30，每个周期中，阱的厚度为1nm～5nm，垒的厚度为6nm～20nm。

进一步地，所述N型半导体层为掺杂Si的GaN层，厚度为400nm～1000nm，所述P型半导体层为掺杂Mg的GaN层，厚度为100nm～500nm。

进一步地，所述衬底上的外延层分离成三个发光模块，此三个发光模块通过注入不同比例浓度的包含In和Al元素的离子，使三个发光模块分别发出三基色，进而通过三基色混光实现白光。

进一步地，所述衬底与N型半导体层之间可设有缓冲层，以减少或避免衬底与N型半导体之间的晶格失配。

进一步地，所述LED芯片可以是水平结构、垂直结构或倒装结构，水平结构即N型半导体层和P型半导体层的电极处于衬底的同一侧；垂直结构即N型半导体层和P型半导体层的电极分别处于芯片的顶部和底部；倒装结构即芯片正面朝下向，主出光面为N型半导体层。

本发明的有益效果如下：

本发明将普通单颗大芯片衬底上的外延层分离成至少两个发光模块，各发光模块都设有独立的正负电极，这相当于在单一芯片上有多个各自独立的光源，且分离成多个发光模块可以减少芯片外延层内光线的全反射，提高了出光效率；同时各发光模块之间的隔离沟槽可以扩大芯片的散热面积，提高芯片的寿命；

所述各发光模块的有源层分别注入有不同比例浓度的包含In和Al元素的离子，以对各发光模块的发光波长进行调节,从而使各发光模块实现不同颜色的发光，且可通过调节各发光模块输入电流的大小来调节各发光模块的亮度；

本发明结构简单、无需荧光粉、寿命长，具有较高的光电转换效率，将在白光照明、全色显示和光调控领域发挥重要的作用。

本发明还提供一种所需颜色发光二极管芯片的制造方法，其步骤如下：

1．利用金属有机气相淀积MOCVD或分子束外延MBE技术，在衬底上生长N型半导体层，形成电子发射区；继续生长量子阱有源层，作为二极管的高亮度有源发光区；在高亮度有源发光区上生长P型半导体层，形成空穴发射区，完成外延片的制备。

2．通过图形曝光半导体平面工艺技术，并结合ICP刻蚀，使外延层根据芯片尺寸要求分离成多个大发光模块，且每个大发光模块至少分离成两个小发光模块，并同时在每个小发光模块上刻蚀出用于形成N电极的N型半导体层台面结构。

3.通过图形曝光技术，使用ICP刻蚀或者使用激光切割方式，使步骤2的大发光模块中的各小发光模块之间相互绝缘并独立，具体是将各小发光模块之间的导电物质全部去除，具体深度到衬底上表面。

4.分别在各小发光模块的P型半导体层表面通过离子注入方式注入不同比例浓度的包含In和Al元素的离子至量子阱区域。