一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，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(jié)構(gòu)；InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)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。本發(fā)明制備方法，操作簡單，成本低廉，所得GaN基低色溫高顯色白光LED可以滿足對色溫和演色性要求較高的領(lǐng)域。
【專利說明】—種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體設(shè)計及制造【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]發(fā)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(jié)能、抗震動能力強、響應時問快、無污染等優(yōu)點，這些優(yōu)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(yī)療，電子通訊，科研，顯示等領(lǐng)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(jié)約一半的照明用電，減少C02排放3億5千萬噸，節(jié)能和環(huán)保效果將十分明顯。
[0003]理想的白光LED是采用紅、綠、藍三基色發(fā)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(fā)光波長(Chen C
H,Chang S J, Su Y K，et al.1EEE Photonics Teehnol.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(jié)構(gòu)，當注入電流小于200mA時，得到了接近白光的發(fā)射光譜，但色溫卻高達9000K。北京工業(yè)大學Guo等則米用鍵合技術(shù)制作 GaAs / GaN 白光 LEDs (Guo X, Shen G D, Guan B L, et al.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(wěn)定。日本日亞公司(Nichia C0.)首先提出采用460nm藍光激發(fā)YAG黃光熒光粉來得到白光 LED (Park J K, Lira M A, Kim C H, et al.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(fā)黃光，黃光與沒被吸收的藍光混合產(chǎn)生白光，這種方法因其結(jié)構(gòu)簡單，容易制作，加上YAG熒光粉制作工藝的成熟，已經(jīng)廣泛應用到自光LED的生產(chǎn)領(lǐng)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(fā)的發(fā)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(yī)療、顯示等對色域要求高的領(lǐng)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(fā)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(fā)紅、綠、藍熒光粉，再由三色熒光粉發(fā)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(wěn)定性而言不會影響太大，通過調(diào)整各色熒光粉的配t匕，雖然可得到理想的色溫和演色性，但激發(fā)三色熒光粉的紫外光波長(熒光粉最佳轉(zhuǎn)換效率之激發(fā)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(fā)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。
[0004]采用440nm短波長InGaN / GaN藍光LED芯片激發(fā)高效紅、綠熒光粉制得低色溫高顯色性白光LED是實現(xiàn)白光LED的又一途徑，用這種方法即可避免紫外光激發(fā)帶來的一系列問題，又可得到較好的色溫和演色性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)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:
[0007]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(jié)構(gòu)；
[0008]InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)后制備成LED芯片；
[0009]LED芯片再通過刺晶、引線、灌膠、烘烤，被封裝成LED管座；
[0010]向LED管座注入熒光粉封，裝成GaN基低色溫高顯色白光LED。
[0011]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0012]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(fā)光波長為440nm。
[0013]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(fā)光波長為440nm時，色溫變化受電流變化的影響小，并且色溫與演色性最佳對人眼更有益。
[0014]進一步，所述圖形化藍寶石尺寸大小為2英寸。
[0015]進一步，所述制備的GaN基低色溫高顯色白光LED芯片尺寸大小為14xl4mil。
[0016]進一步，選用封裝材料有雙酚A/B型環(huán)氧樹脂、日本信越SCR1012/AB型彈性硅膠、
2.5 μ m金絲引線、0.94 ± 0.05mm支架銀杯杯底。
[0017]進一步，烘烤溫度為800?1400°C，在烘烤時氣氛中含有氫氣。
[0018]進一步，所述熒光粉由A膠、B膠、綠粉、紅粉按照質(zhì)量比為0.5:0.5:0.2:0.03混合而成，其中顆粒尺寸為7?8 μ m。
[0019]所述熒光粉(A膠、B膠、綠粉、紅粉)按照質(zhì)量比為0.5:0.5:0.2:0.03時，所述GaN基低色溫高顯色白光LED顯色指數(shù)較高，色溫最低可到3251k，比傳統(tǒng)的藍光激發(fā)YAG熒光粉制得的白光LED顯色指數(shù)要高。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明制備方法操作簡單，成本低廉，所得GaN基低色溫高顯色白光LED可以滿足對色溫和演色性要求較高的領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法流程圖；
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。[0023]如圖1所示，一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，包括如下步驟:
[0024]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(jié)構(gòu)；
[0025]InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)后制備成LED芯片；
[0026]LED芯片再通過刺晶、引線、灌膠、烘烤，被封裝成LED管座；
[0027]向LED管座注入熒光粉封，裝成GaN基低色溫高顯色白光LED。
[0028]實施例1:
[0029]采用金屬有機物化學氣相沉積方法，在2英寸圖形化藍寶石襯底上外延InGaN/GaN結(jié)構(gòu)；InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)工藝制備成GaN基低色溫高顯色白光LED芯片；LED芯片再通過雙酚A/B型環(huán)氧樹脂、日本信越SCR1012/AB型彈性硅膠、2.5 μ m金絲引線、0.94±0.05mm支架銀杯杯底、在氫氣氣氛中800°C溫度下烘烤，被封裝成LED管座；注入熒光粉(A膠、B膠、綠粉、紅粉質(zhì)量比為0.5g:0.5g:0.2g:0.03g,顆粒大小平均為7 μ m)封裝成GaN基低色溫高顯色白光LED。
[0030]實施例2:
[0031]采用金屬有機物化學氣相沉積方法，在2英寸圖形化藍寶石襯底上外延InGaN/GaN結(jié)構(gòu)；InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)工藝制備成GaN基低色溫高顯色白光LED芯片；LED芯片再通過雙酚A/B型環(huán)氧樹脂、日本信越SCR1012/AB型彈性硅膠、2.5 μ m金絲引線、0.94±0.05mm支架銀杯杯底、在氫氣氣氛中1000°C溫度下烘烤，被封裝成LED管座；注入熒光粉(A膠、B膠、綠粉、紅粉質(zhì)量比為Ig:lg:0.4g:0.06g，顆粒大小平均為7.8 μ m)封裝成GaN基低色溫高顯色白光LED。
[0032]實施例3:
[0033]采用金屬有機物化學氣相沉積方法，在2英寸圖形化藍寶石襯底上外延InGaN/GaN結(jié)構(gòu)；InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)工藝制備成GaN基低色溫高顯色白光LED芯片；LED芯片再通過雙酚A/B型環(huán)氧樹脂、日本信越SCR1012/AB型彈性硅膠、2.5 μ m金絲引線、0.94±0.05mm支架銀杯杯底、在氫氣氣氛中1400°C溫度下烘烤，被封裝成LED管座；注入熒光粉(A膠、B膠、綠粉、紅粉質(zhì)量比為2g:2g:
0.8g:0.12g，顆粒大小平均為8 μ m)封裝成GaN基低色溫高顯色白光LED。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種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(jié)構(gòu)； InGaN/GaN結(jié)構(gòu)通過等離子體增強化學氣相沉積、光刻、ICP刻蝕、電子束蒸發(fā)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，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(fā)光波長為440nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，所述圖形化藍寶石襯底尺寸為2英寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，所述LED芯片尺寸為14xl4mil。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，選用封裝材料有雙酚A/B型環(huán)氧樹脂、彈性硅膠、2.5 μ m金絲引線、0.94±0.05mm支架銀杯杯
。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，烘烤溫度為800~1400°C，在烘烤時氣氛中含有氫氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GaN基低色溫高顯色白光LED制備方法，其特征在于，所述熒光粉由A膠、B膠、綠粉、紅粉按照質(zhì)量比為0.5:0.5:0.2:0.03混合而成，其中顆粒尺寸為7~8 μ m0
【文檔編號】H01L33/00GK103560182SQ201310549164
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】韋勝國 申請人:韋勝國