CN102569331B - 一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，属于半导体光电子技术领域，包括依次纵向层叠的衬底101、金属键合层102、红光发光二极管103、第一透明的正温度系数电阻104，绿光发光二极管105、第二透明的正温度系数电阻106和蓝光发光二极管107，本发明提供的负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，在有效降低控制电路复杂度的同时，保证二极管的使用寿命。

Description

一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管。
背景技术
目前在半导体光电子技术领域，采用半导体发光二极管实现白光发光的实现方式主要有两种：一种是在半导体芯片表面涂敷荧光粉的方式，一种是红绿蓝混光配成白光发光的方式。第一种方法简单，成本低，但是由于存在能量转化和荧光粉散射，通常这种方式制备的白光发光二极管能量损失达到10～30％，且受到荧光粉寿命的限制，使得半导体发光二极管的寿命从10万小时降低到不到5万小时。第二种方法由于全部是半导体材料，因此效率高，寿命长，但是这种方法制备的LED由于光谱覆盖较小，使得器件的显色指数相对较低，且颜色随空间角度的变化而变化。为了得到高的显色指数，需要在RGB发光器件表面再涂敷一层荧光粉，增加光谱的覆盖率，以提高显色指数。同时，由于红、绿、蓝色芯片分别是采用AlGaInP材料系和AlGaInN材料系材料，各种材料的温度系数不同，使得三种颜色的芯片颜色随着温度的变化或者注入电流大小和时间长短的变化而变化，导致该种方法制备的白光芯片呈现出的颜色随着温度或者注入电流大小和时间长短而变化，因此控制电路复杂，成本很高。
因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，有效降低控制电路复杂度的同时，保证二极管的使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，包括依次纵向层叠的衬底101、金属键合层102、红光发光二极管103、第一透明的正温度系数电阻104，绿光发光二极管105、第二透明的正温度系数电阻106和蓝光发光二极管107。
进一步地，所述第一透明的正温度系数电阻104和第二透明的正温度系数电阻106结构相同，包括有正温度系数电阻和透明导电层、隧道级联、隧道再生或反隧道级联。
进一步地，所述正温度系数电阻的材料形式为固体或液体。
进一步地，所述正温度系数电阻涂覆的在透明导电层的上方、下方或均匀的混合在透明导电层中。
进一步地，透明导电层为ITO浆料、PDOT或BCB。
进一步地，所述红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管为一个或多个。
进一步地，所述红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管的主波长输出为一个或多个。
进一步地，所述衬底为硅或金属材料。
进一步地，所述绿光发光二极管为垂直结构，采用激光剥离的方式获得。
进一步地，所述蓝光发光二极管为垂直结构或台面结构，蓝光发光二级管的垂直结构采用激光剥离的方式获得，所述蓝光发光二级管。
综上，本发明提供的一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，白光发光二极管内部串联了正温度系数电阻，当红绿蓝任何一个发光二极管发热导致电流增大，同时引起的正温度系数电阻温度升高导致电阻增大，电阻增大引起分压增大，使得降落在红绿蓝三种发光二极管上的电流降低，发热也降低，器件可恢复到正常工作状态，通过简单的结构保证了白光发光二极管的正常工作。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管的结构示意图；
图2(a)是本发明的红光发光二极管外延结构示意图；
图2(b)是本发明的绿光发光二极管外延结构示意图；
图2(c)是本发明的蓝光发光二极管外延结构示意图；
图2(b)是本发明的倒装红光发光二极管结构示意图；
图2(e)是本发明的去掉GaAs衬底和AlAs腐蚀停层后的倒装红光发光二极管结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1所示为一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，包括依次纵向层叠的衬底101、金属键合层102、红光发光二极管103、第一透明的正温度系数电阻104，绿光发光二极管105、第二透明的正温度系数电阻106和蓝光发光二极管107。
具体的所述第一透明的正温度系数电阻104和第二透明的正温度系数电阻106结构相同，包括有透明导电层和正温度系数电阻。
进一步地，所述正温度系数电阻的材料形式为固体或液体，正温度系数电阻涂覆的在透明导电层的上方、下方或均匀的混合在透明导电层中。透明导电层为ITO浆料、PDOT或BCB。
在具体的实现中，所述红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管为一个或多个，且主波长输出为一个或多个。在白光发光二极管中红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管的波长自下而上依次降低，短波在上，长波在下。
衬底为硅或金属材料。绿光发光二极管采用激光剥离的方式获得，其为垂直结构。蓝光发光二极管采用激光剥离的方式获得，其为垂直结构或台面结构。
当电流注入到(红绿蓝)三个发光二极管中，红绿蓝三色混合发出白光。由于红绿蓝三色发光二极管在纵向上集成，三种颜色内部直接混合，因此该结构器件从半导体表面的出射的光直接是白光，颜色与角度无关。
由于三种材料的温度特性不一致，红光发光二极管的材料对温度更敏感，而且由于三个发光二极管的散热结构不同，距离硅衬底近的红光发光发光二极管散热条件最好，距离硅衬底最远的蓝光发光二极管的散热条件最差，当器件发热时，发光二极管的波长、工作电压等都会发生改变。波长改变了，整个器件的色温、显色指数等参数都发生改变，甚至变得不是白色，器件发热，工作电压会降低，使得工作电流会增加，电流增加导致器件发热更加严重，形成恶性循环。
本实施例所述的方案中，白光发光二极管内部串联了正温度系数电阻，当本发明中的红绿蓝任何一个发光二极管发热导致电流增大，同时引起的正温度系数电阻温度升高导致电阻增大，电阻增大引起分压增大，使得降落在红绿蓝三种发光二极管上的电流降低，发热也降低，器件可恢复到正常工作状态。
下面结合具体的实例对本发明中所述的负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管作进一步介绍，如图2所示，其制备过程和方法如下：
用普通MOVCD方法在n+-GaAs衬底上依次外延生长AlAs腐蚀停层32，n型AlInP电流限制层33，i型AlGaInP红光有源区34，p型AlInP电流限制层35，和p型GaP电流扩展层36，如图2(a)所示。
在蓝宝石衬底61上依次生长GaN缓冲层62，n-GaN电流限制层63，InGaN绿光发光区64，p-GaN电流限制层65，如图2(b)所示。
在蓝宝石衬底61上依次生长GaN缓冲层72，n-GaN电流限制层73，InGaN蓝光发光区74，p-GaN电流限制层75，如图2(c)所示。
在图2(a)所示结构p型GaP电流扩展层36和Si衬底11上分别通过蒸发或者溅射的方法淀积1微米的Au，然后将两个Au金属面相贴合并压紧，放到通有氮气的氧化炉中，炉体温度在200到300摄氏度之间，大约30到60分钟之后从氧化炉中取出，两个Au金属面融合到一体成Au键合层21，并形成图2(d)所示倒装红光发光二极管结构；
通过机械研磨和湿法腐蚀的方法，去掉GaAs衬底31和AlAs腐蚀停层32，得到图2(e)所示的倒装红光发光二极管结构；
在n型AlInP电流限制层上分别旋途透明导电层和正温度系数电阻，得到(f)；
在硅衬底上淀积上金属In，并将绿光发光二极管p型GaN电流限制层65键合在金属In上，通过激光剥离的方式，将GaN衬底去掉，得到(g)去掉蓝宝石衬底的绿光发光二极管结构；采用同样的方式，获得(h)去掉蓝宝石衬底的蓝光发光二极管结构；
将上述获得的(f)的表面涂有透明导电层和正温度系数电阻的倒装红光发光二极管结构与(g)的去掉蓝宝石衬底的绿光发光二极管结构面对面键合，放入烘箱1小时，然后放入盐酸中，将In腐蚀掉，同时In上面的硅衬底11随之剥离掉，获得(i)红光发光二极管与绿光发光二极管集成后的结构；同样方法，获得(j)红绿蓝三色负反馈纵向集成白光发光二极管结构；
分别在样品上下表面淀积Ti/Al/Ni/Au 108和Al 109作为上下金属电极，划片，压焊，得到本发明的负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管结构。
以上对本发明所提供的一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种负反馈纵向集成无荧光粉白光发光二极管，其特征在于，包括依次纵向层叠的衬底（101）、金属键合层（102）、红光发光二极管（103）、第一透明的正温度系数电阻（104）、绿光发光二极管（105）、第二透明的正温度系数电阻（106）和蓝光发光二极管（107）；
所述第一透明的正温度系数电阻（104）和第二透明的正温度系数电阻（106）结构相同，包括有正温度系数电阻和透明导电层。
2.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述正温度系数电阻的材料形式为固体或液体。
3.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述正温度系数电阻涂覆在透明导电层的上方、下方或均匀的混合在透明导电层中。
4.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，透明导电层为ITO浆料。
5.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管为一个或多个。
6.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管的主波长输出为一个或多个。
7.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述衬底为硅或金属材料。
8.根据权利要求1所述的白光发光二极管，其特征在于，所述绿光发光二极管为垂直结构，采用激光剥离的方式获得。
9.根据权利要求8所述的白光发光二极管，其特征在于，所述蓝光发光二极管为垂直结构或台面结构，蓝光发光二级管的垂直结构采用激光剥离的方式获得，所述蓝光发光二级管的台面结构采用激光剥离的方式获得。
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