專利名稱：具有再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的適用的led裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光源。更具體地講，本發(fā)明涉及包括適用于增加的光提取的發(fā)光二極管(LED)和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的光源。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)為當(dāng)電流在陽極和陰極之間通過時(shí)發(fā)出光的固態(tài)半導(dǎo)體裝置。常規(guī)的LED包括單個(gè)pn結(jié)。pn結(jié)可以包括一個(gè)中間無摻雜區(qū)域；此類pn結(jié)還可以被稱為pin結(jié)。像非發(fā)光半導(dǎo)體二極管一樣，常規(guī)的LED更容易按一個(gè)方向通過電流，即按電子從負(fù)區(qū)移動到正區(qū)的方向。當(dāng)電流以"向前"的方向通過LED時(shí)，來自負(fù)區(qū)的電子與來自正區(qū)的空穴重組，生成光子。由常規(guī)LED發(fā)射的光外觀為單色；也就是說，它以單一的窄帶波長生成。所發(fā)射光的波長對應(yīng)于與電子空穴對重組相關(guān)的能量。在最簡單的情況中，該能量約為半導(dǎo)體的能帶隙能量，其中重組在該半導(dǎo)體中進(jìn)行。
常規(guī)的LED可以在pn結(jié)處另外包含一個(gè)或多個(gè)捕獲高濃度電子和空穴的量子阱，從而增強(qiáng)產(chǎn)生光的重組。若干調(diào)查者已經(jīng)試圖生產(chǎn)一種發(fā)射白光或?qū)τ谌搜?色覺來說呈現(xiàn)白色的光的LED裝置。一些調(diào)查者報(bào)道了傳說的pn結(jié)內(nèi)擁有多個(gè)量子阱的LED的設(shè)計(jì)
或制造，其中量子阱旨在發(fā)射不同波長的光。以下參考文獻(xiàn)可能與這
樣的技術(shù)相關(guān)美國專利No. 5,851,905;美國專利No. 6,303,404;美國專利No. 6,504,171;美國專利No. 6,734,467; Damilano等人，Monolithic White Light Emitting Diodes Based on InGaN/GaNMultiple-Quantum Wells (基于InGaN/GaN多量子阱單色白光發(fā)光二極管)，Jpn. J. Appl.Phys.(《日本應(yīng)用物理雜志》)巻40(2001 )第L918-L920頁； 山田等人， Re-emitting semiconductor construction FreeHigh-Luminous-Efficiency White Light-Emitting Diodes Composed ofInGaN Quantum Well(InGaN量子阱組成的高發(fā)光效率白色游離發(fā)光二極管的再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造)，Jpn. J. Appl.Phys.(《日本應(yīng)用物理雜志》)巻41 (2002)第L246-L248頁；Dalmasso等人，Injection Dependence ofthe Electroluminescence Spectra of Re-emitting semiconductorconstruction Free GaN-Based White Light Emitting Diodes (再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造游離GaN基白色發(fā)光二極管的的電致發(fā)光光譜的注射依賴)，phy. Stat.sol.(《固態(tài)物理》)(a) 192，編號l， 139-143 (2003)。
一些調(diào)査者報(bào)道了傳說的將兩個(gè)常規(guī)LED結(jié)合起來的設(shè)計(jì)或制造，旨在獨(dú)立地在單個(gè)裝置內(nèi)發(fā)射不同波長光的LED裝置。以下參考文獻(xiàn)可能與這樣的技術(shù)相關(guān)美國專利No. 5,851,905;美國專利No.6,734,467;美國專利出版No. 2002/0041148 Al;美國專利出版No.2002/0134989 Al ; 以及 Luo 等人，Patterned three-colorZnCdSe/ZnCdMgSe quantum-well structures for integrated full-color andwhite light emitters (集成有全彩色和白光發(fā)射器的圖案化的三色ZnCdSe/ZnCdMgSe量子阱結(jié)構(gòu))，Phys丄etters (《物理通訊》)，巻77，編號26，第4259-4261頁(2000)。
一些調(diào)査者報(bào)道了傳說的LED裝置的設(shè)計(jì)或制造，所述LED裝置將常規(guī)LED元件與諸如釔鋁石榴石(YAG)的化學(xué)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造結(jié)合起來，旨在吸收部分由LED元件發(fā)射的光以及較長波長的再發(fā)射光。美國專利No. 5,998,925和美國專利No. 6,734,467可能與這樣的技術(shù)相關(guān)。
一些調(diào)査者報(bào)道了傳說的LED的設(shè)計(jì)和制造，所述LED在正摻雜有I、 Al、 Cl、 Br、 Ga或In的ZnSe基板上發(fā)展，以便在所述基板上產(chǎn)生熒光中心，旨在吸收部分由LED元件發(fā)射的光以及較長波長的再發(fā)射光。美國專利申請6,337,536和日本專利申請出版編號2004-072047可能與這樣的技術(shù)相關(guān)。
美國專利出版No.2005/0023545以引用的方式并入本文。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，本發(fā)明涉及包括適用于增加的光提取的發(fā)光二極管(LED)和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的光源。
在本申請中
參照半導(dǎo)體裝置中的層疊堆，"緊鄰"是指沒有居間層的序列中的下一個(gè)，"近鄰"是指具有一個(gè)或幾個(gè)居間層的序列中的下一個(gè)，而"圍繞"是指序列中的之前和之后；
"勢阱"是指半導(dǎo)體裝置中的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有比圍繞層低的導(dǎo)帶能或比圍繞層高的價(jià)帶能，或二者均有；
"量子阱"是指足夠薄、量子化效應(yīng)提升阱中電子空穴對躍遷能量的勢阱，通常厚度為100nm或更??；
"躍遷能量"是指電子空穴重組能源；
"晶格調(diào)和"是指，結(jié)合兩種諸如基板上的外延膜的晶體材料，處于隔絕中的每種材料均具有晶格常數(shù)，并且這些晶格常數(shù)基本上等同，典型地相互間的差異不超過0.2%，更典型地相互間的差異不超0.1%，而最典型地相互間的差異不超0.01%;以及
"假晶"是指，結(jié)合具有給定厚度的諸如外延膜和基板的第一晶體層和第二晶體層，處于隔絕中的每個(gè)層均具有晶格常數(shù)，并且這些
6晶格常數(shù)為足夠類似的，以使得呈給定厚度的第一層可在該層的平面內(nèi)采用第二層的晶格間距而基本上不產(chǎn)生失配缺陷。
應(yīng)該理解，對于本文所述的本發(fā)明的任何實(shí)施例，均包括有正摻雜和負(fù)摻雜半導(dǎo)體區(qū)；還應(yīng)設(shè)想本文還公開的另一個(gè)實(shí)施例，其中正摻雜可用負(fù)摻雜交換，反之亦然。
應(yīng)該理解，可提供本文所述的每個(gè)"勢阱"、"第一勢阱"、"第二勢阱"和"第三勢阱"以及單個(gè)勢阱，或可提供通常具有類似特性的多個(gè)勢阱。同樣，應(yīng)該理解，可提供本文所述的"量子阱"、"第一量子阱"、"第二量子阱"和"第三量子阱"以及單個(gè)量子阱，或可提供通常具有類似特性的多個(gè)量子阱。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶的平帶圖。層厚度未按比例繪制。
圖2中示出了多種II-VI 二元化合物以及它們的合金的晶格常數(shù)和能帶隙的坐標(biāo)圖。
圖3示出了從根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置發(fā)射出的光的光譜的坐標(biāo)圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶的平帶圖。層厚度未按比例繪制。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種裝置，該裝置包括適用于增加的光提取的LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造。通常，LED能夠以第一波長發(fā)射光，而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造能夠以該第一波長吸收光且以第二波長再發(fā)射光。再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱。再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的勢阱通常(但不一定)是量子阱。
7在典型操作過程中，LED發(fā)射光子以對電流做出響應(yīng)，而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射光子以對吸收從LED發(fā)射的部分光子做出響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造另外包括與勢阱近鄰或緊鄰的吸收層。吸收層通常具有能帶隙能量，該能帶隙能量一般小于或等于由LED發(fā)射的光子的能量，而大于再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的勢阱躍遷能。在典型操作過程中，吸收層促進(jìn)由LED發(fā)射的光子的吸收。在一個(gè)實(shí)施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造另外包括至少一個(gè)不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中該pn結(jié)具有與第一勢阱的躍遷能不相等的第二躍遷能。在一個(gè)實(shí)施例中，LED為紫外線LED。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造包括至少一個(gè)不位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱，第一勢阱具有對應(yīng)于藍(lán)色波長光的第一躍遷能；至少一個(gè)不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，第二勢阱具有對應(yīng)于綠色波長光的第二躍遷能；至少一個(gè)不位于pn結(jié)內(nèi)的第三勢阱，第三勢阱具有對應(yīng)于紅色波長光的第三躍遷能。在一個(gè)實(shí)施例中，LED是可見光LED，典型地為綠色、藍(lán)色或紫色LED，更典型地為綠色或藍(lán)色LED，而最典型地為藍(lán)光LED。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造包括至少一個(gè)不位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱，第一勢阱具有對應(yīng)于黃色或綠色波長光的、更典型地為綠色波長光的第一躍遷能；以及具有至少一個(gè)不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，第二勢阱具有對應(yīng)于橙色或紅色波長光的、更典型地為紅色波長光的第二躍遷能。再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造可以包括另外的勢阱和另外的吸收層。
任何適用的LED均可用于本發(fā)明實(shí)踐中。根據(jù)本發(fā)明的裝置元件，包括LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，可由任何適用的半導(dǎo)體組成，包括諸如Si或Ge的群組IV元件(除發(fā)光層之外)、諸如InAs、 AlAs、 GaAs、InP、 A1P、 GaP、 InSb、 AlSb、 GaSb以及它們的合金的III-V化合物、諸如ZnSe、 CdSe、 BeSe、 MgSe、 ZnTe、 CdTe、 BeTe、 MgTe、 ZnS、CdS、 BeS、 MgS以及它們的合金的II-VI化合物或以上任何化合物的合金。在適當(dāng)?shù)那闆r下，半導(dǎo)體可以是以任何適合的方式或包含任何適合的摻雜物的正摻雜或負(fù)摻雜。在一個(gè)典型的實(shí)施例中，LED是III-V半導(dǎo)體裝置，而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造是II-VI半導(dǎo)體裝置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置部件多層組合物，如LED或
再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，根據(jù)以下考慮選擇。通常，每層對于該層或與基板匹配的晶格的給定厚度的基板來說，是假晶。或者，每層可以是假晶或與緊鄰層匹配的晶格。通常，選擇勢阱層材料和厚度以便提供所
需的躍遷能，所述躍遷能對應(yīng)于從量子阱發(fā)射的光的波長。例如，圖2中標(biāo)有460nm、 540nm和630nm的點(diǎn)示出Cd(Mg)ZnSe合金的晶格常數(shù)接近于InP基板(5.8687?；?.58687nm)以及對應(yīng)于460nm(藍(lán)色)、540nm (綠色)和630nm (紅色)波長的能帶隙的晶格常數(shù)。如果勢阱層足夠薄，以致量子化過程將躍遷能提升到阱中的整體能帶隙能量以上，則所述勢阱可以被視為量子阱。每個(gè)量子阱層的厚度將確定量子阱中量子化能量的數(shù)量，量子化能量加上整體能帶隙能量以確定量子阱中的躍遷能。因此，通過調(diào)整量子阱層厚度可調(diào)整與每個(gè)量子阱相關(guān)的波長。典型地，量子阱層厚度介于lnm和100nm之間，更典型地介于2nm和35nm之間。 一般來說，與僅以能帶隙能量為基礎(chǔ)的能量相比，量子化能量轉(zhuǎn)化為減少了20nm至50nm波長。發(fā)射層中的應(yīng)變也可以改變勢阱和量子阱的躍遷能，包括因假晶層之間晶格常數(shù)不完全的匹配而導(dǎo)致的應(yīng)變。
計(jì)算應(yīng)變或未應(yīng)變勢阱或量子阱的躍遷能技術(shù)在本領(lǐng)域中是以已知的，如在Herbert ICroemer， Quantum Mechanics for Engineering,Materials Science and Applied Physics (Prentice Hall， Englewood Cliffs,New Jersey, 1994)(赫伯特克勒默的《工程、材料科學(xué)與應(yīng)用物理量子力學(xué)》，1994年新澤西州英格伍德克里夫普倫蒂斯*霍爾出版公司)，第54-63頁；禾口 Zory， ed.， Quantum Well Lasers (Academic Press, SanDiego， California, 1993) (Zory編輯《量子阱激光器》，1993年，加利福尼亞圣地亞哥學(xué)術(shù)出版社)，第72-79頁；二者均以引用的方式并入本文。
可選擇任何適合的發(fā)射波長，包括紅外光、可見光和紫外光波段中的波長。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇發(fā)射波長以使得由裝置發(fā)射的光的組合輸出形成可由兩種、三種或更多種單色光源的組合產(chǎn)生的任何顏色的表現(xiàn)，包括白色或近白色、粉彩色、洋紅、青色等。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)顯示所述裝置處于工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的裝置以不可見的紅外光或紫外光波長以及以可見的波長發(fā)射光。通常，
LED發(fā)射最短波長的光子，以使得由LED發(fā)射的光子具有足夠的能量驅(qū)動再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造中的勢阱。在一個(gè)典型實(shí)施例中，LED為III-V半導(dǎo)體裝置，諸如基于GaN的藍(lán)色發(fā)光LED,而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造為II-VI半導(dǎo)體裝置。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造中半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶的帶圖。層厚度未按比例繪制。表I示出了本實(shí)施例中層1-9的組合物以及所述組合物的能帶隙能量(Eg)。該構(gòu)造可以在InP基板上形成。
表1
星組合物能帶隙能量(E。)
1Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
2Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
Cd0.70Zn0.3oSe1.9 eV
4Cd0.35Mg0.27Zn0 38Se2.6 eV
Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
6Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
7Cd0.33Zn0.67Se2.3 eV
8Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
9Cdo.24Mgo.43Zno.33Se2,9 eV
層3表示具有約lOnm厚度的紅色發(fā)光量子阱單個(gè)勢阱。層7表示具有約lOnm厚度的綠色發(fā)光量子阱單個(gè)勢阱。層2、 4、 6和8表示吸收層，每個(gè)吸收層具有約1000nm的厚度。層l、 5和9表示支承層。通常選擇支承層，以便對從量子阱3和量子阱7以及從短波長LED20
發(fā)射的光基本透明。或者，所述裝置可以包括多個(gè)由吸收層和/或支承層分開的紅色或綠色發(fā)光勢阱或量子阱。
不希望受理論所束縛，據(jù)信由圖1示出的本發(fā)明的實(shí)施例根據(jù)以
下原理工作由LED發(fā)射且在再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造反射的藍(lán)色波長光子可以被吸收，且從綠色發(fā)光量子阱7作為綠色波長光子或從紅色發(fā)光量子阱3作為紅色波長光子重新發(fā)射。吸收短波長光子生成電子空穴對，然后通過光子發(fā)射，電子空穴對可以在量子阱中重組。從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的多色組合可以呈現(xiàn)出白色或近白色?？梢砸匀魏魏线m的方式平衡從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的強(qiáng)度，所述方式包括每種類型量子阱數(shù)量的處理、濾波器或反射層的利用以及吸收層厚度和組合物的處理。圖3示出從根據(jù)本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例發(fā)射的光的光譜。
再次結(jié)合圖l示出的實(shí)施例，通過選擇從LED發(fā)射的光子能量與量子阱3和7的躍遷能之間的吸收層能帶隙能量，吸收層2、 4、 5和8可適于吸收由LED發(fā)射的光子。在與光子的伴隨發(fā)射重組前，量子阱3和7通常捕集在吸收層2、 4、 6和8中的光子吸收生成的電子空穴對。吸收層在組成全部或部分厚度時(shí)可選地具有一個(gè)梯度，以便向勢阱集中或引導(dǎo)電子和/或空穴。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在單個(gè)半導(dǎo)體單元中提供有LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造。該半導(dǎo)體單元通常包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱。勢阱通常為量子阱。所述單元能夠以兩個(gè)波長發(fā)射光， 一個(gè)對應(yīng)于第一勢阱躍遷能，而第二個(gè)對應(yīng)于第二勢阱的躍遷能。在典型的操作中，第一勢阱發(fā)射光子以響應(yīng)通過pn結(jié)的電流，而第二勢阱發(fā)射光子以響應(yīng)從第一勢阱發(fā)射的光子的部分吸收。所述半導(dǎo)體單元可以另外包括一個(gè)或多個(gè)圍繞或近鄰或緊鄰第二勢阱的吸收層。吸收層的能帶隙能量通常小于或等于第一勢阱的躍遷能而大于第二勢阱的躍遷能。在典型的操作中，吸收層有助于從第一勢阱發(fā)射的光子的吸收。所述半導(dǎo)體單元可以包括另外
11位于pn結(jié)內(nèi)或不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱以及另外的吸收層。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在這樣一個(gè)半導(dǎo)體單元中的導(dǎo)帶和價(jià)帶的帶圖。層厚度未按比例繪制。表II示出該實(shí)施例中層1-14的組合物以及該組合物的能帶隙能量(Es)。
表II
層組合物能帶隙能量(Eg)
1InP基板1.35 eV
2正摻雜 Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
4Cd0.70Zn0.30Se1.9 eV
Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
6正摻雜 Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
7Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
8Cd0.33Zn0.67Se2.3 eV
9Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6 eV
10正摻雜 Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
11無摻雜的 Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
12Cd0.31Mg0.32Zn0.37Se2.7 eV
13無摻雜的 Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
14負(fù)摻雜 Cd0.24Mg0.43Zn0.33Se2.9 eV
層10、 11、 12、 13和14表示pn結(jié)，或更具體地講，表示pin結(jié)，
12因?yàn)橹虚g無摻雜("固有"摻雜)層11、 12和13被插入到正摻雜層
IO和負(fù)摻雜層14之間。層12表示pn結(jié)內(nèi)的單個(gè)勢阱，所述勢阱為具 有約10nm厚度的量子阱。作為選擇，所述裝置在pn結(jié)內(nèi)可以包括多 個(gè)勢阱或量子阱。層4和層8表示不在pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱和第三勢阱， 每個(gè)都是具有約10nm厚度的量子阱。作為選擇，所述裝置可以包括另 外的不在pn結(jié)內(nèi)的勢阱或量子阱。在進(jìn)一步選擇中，所述裝置可以包 括不在pn結(jié)內(nèi)的單個(gè)勢阱或量子阱。層3、 5、 7和9表示吸收層，每 個(gè)具有約1000nm的厚度。電觸點(diǎn)(未顯示)提供向pn結(jié)提供電流的 路徑。電觸點(diǎn)導(dǎo)電而且通常由導(dǎo)電金屬組成。正電觸點(diǎn)通過中間結(jié)構(gòu) 直接或間接地電氣連接到層14。負(fù)電觸點(diǎn)通過中間結(jié)構(gòu)直接或間接地 電氣連接到一個(gè)或多個(gè)層1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9或10。
不希望受理論所束縛，據(jù)信本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例根據(jù)以下原理工 作當(dāng)電流從層14流向?qū)?0時(shí)，pn結(jié)中的量子阱(12)發(fā)射藍(lán)色波 長光子。在層14方向流動的光子可離開所述裝置。在相反方向流動的 光子可被吸收，并且作為綠色波長光子從第二量子阱(8)重新發(fā)射或 作為紅色波長光子從第三量子阱(4)重新發(fā)射。吸收藍(lán)色波長光子生 成電子空穴對，然后通過發(fā)射光子，電子空穴對可以在第二或第三量 子阱中重組。在層14方向流動的綠色或紅色波長光子可離開所述裝置。 從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的多色組合可以呈現(xiàn)出白色 或近白色?？梢砸匀魏魏线m的方式平衡從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色或紅 色波長的光的強(qiáng)度，所述方式包括每種類型量子阱數(shù)量的處理、濾波 器或反射層的利用。圖3示出從根據(jù)本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例發(fā)射的 光的光譜。
再次結(jié)合圖4示出的實(shí)施例，吸收層3、 5、 7和9可以特別適用 于吸收從第一量子阱(12)發(fā)射的光子，因?yàn)樗龉庾拥哪軒赌芰?br> 在第一量子阱(12)的躍遷能與第二和第三量子阱(8和4)的躍遷能 之間的中間。在伴隨發(fā)射光子的同時(shí)進(jìn)行重組前，通常通過第二或第 三量子阱8和4捕集通過吸收吸收層3、 5、 7和9中的光子生成的電子空穴對。吸收層可以可選地為摻雜質(zhì)的，通常如對圍繞層，此實(shí)施 例中的吸收層為正摻雜。吸收層在組成全部或部分厚度時(shí)可選地具有 一個(gè)梯度，以便向勢阱集中或引導(dǎo)電子和/或空穴。
在LED為可見波長LED的地方，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造層對于從LED 發(fā)射的光可以部分透明。另外，諸如在LED為紫外波長LED的地方， 再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的一個(gè)或多個(gè)層可以較大部分或基本上或完全阻止 所有從LED發(fā)射的光，以使得較大部分或基本上或完全所有從裝置發(fā) 射的光為從再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射的光。在LED為紫外波長LED的地 方，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造IO可以包括紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射量子阱。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括另外的導(dǎo)電、半導(dǎo)電或不導(dǎo)電材料層。 可以增加電接觸層以形成向LED提供電流的路徑。可以增加光過濾層 以改變或校正由適合的LED發(fā)射的光的波長平衡。
在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置通過在藍(lán)色、綠色、黃色和 紅色帶中以四個(gè)主要波長發(fā)射光的方式生成白色或近于白色的光。在 一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置通過在藍(lán)色和黃色帶中以兩個(gè)主要 波長發(fā)射光的方式生成白色或近于白色的光。
根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括另外的半導(dǎo)體元件，包括有源或無源 部件諸如電阻器、二極管、齊納二極管、電容器、晶體管、雙極晶體 管、場效應(yīng)晶體管、MOSFET晶體管、絕緣柵雙極晶體管、光電晶體 管、光電探測器、SCR、半導(dǎo)體閘流管、三端雙向可控硅開關(guān)元件、穩(wěn) 壓器和其他電路元件。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括集成電路。根據(jù)本 發(fā)明的裝置可以包括顯示面板或照明面板。
構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的裝置的LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造可以任何適用 的方法制造而成，所述方法可以包括分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相 沉積、液相外延和蒸汽相外延。根據(jù)本發(fā)明所述裝置的所述元件可以包括基板。在本發(fā)明的實(shí)踐中可以使用任何適用的基板。典型基板材
料包含Si、 Ge、 GaAs、 InP、蘭寶石、SiC禾卩ZnSe。所述基板可以是 正摻雜、負(fù)摻雜或半絕緣，可以通過任何合適的方式或通過包括任何 適用摻雜物獲得。另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件可以沒有基板。在 一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件可以在基板形成、然后從基 板上分開?？梢酝ㄟ^任何合適的方式將根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件接合 在一起，所述方式包括使用粘合劑或焊接材料、壓力、加熱或它們的 組合。通常，生成的粘結(jié)是透明的。粘結(jié)方法可以包含界面或邊緣粘 合?？蛇x地，可以包括匹配層的折射率或孔隙空間。
LED通常打包銷售，包裝中包括安裝在金屬接頭上的LED晶粒或 薄片。LED晶粒是LED的最基本形式，即由半導(dǎo)體晶片加工工序制成 的單獨(dú)元件或薄片的形式。元件或薄片可以包含適用于應(yīng)用能量的電 觸點(diǎn)以給裝置提供能量。單個(gè)層和元件或薄片的其他功能元件通常以 晶片級形成，成品晶片最終被切割成單個(gè)元件以產(chǎn)生多個(gè)LED晶粒。 金屬接頭具有其中安裝有LED晶粒反射杯和連接到LED晶粒的電引 線。包裝還包括包封LED晶粒的模制透明樹脂。包封樹脂通常具有名 義上的半球形前表面以局部準(zhǔn)直由LED晶粒發(fā)射的光。LED元件可以 是或具有LED晶?；蚺c再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造或其他元件組合成的LED
晶粒o
發(fā)光二極管(LED)、再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造或二者均可以有發(fā)射表 面。結(jié)合圖1，層9的外表面可以表示發(fā)射表面。結(jié)合圖4，層14的 外表面可以表示發(fā)射表面。 一個(gè)或兩個(gè)發(fā)射表面可適于增加的光提取。 改型通常起到阻止全內(nèi)反射(TIR)和/或增強(qiáng)光提取效率的作用。
在一些實(shí)施例中，發(fā)射表面可通過使表面變粗來適用?？梢酝ㄟ^ 任何適用方法來增加粗糙度，包括模壓、用溶劑，酸、堿或腐蝕性試 劑處理、活性離子蝕刻、等離子處理、沉積或等。表面特征可以具有 0.1微米至10微米的典型尺寸。部件可以是對稱或非對稱的。增加粗糙度可以是如美國專利申請出版No. 2005/0082562中所述，以引用的 方式并入本文。
在一些實(shí)施例中，發(fā)射表面可通過微小化表面結(jié)構(gòu)來適用。可以 通過任何適用方法來微小化表面結(jié)構(gòu)，包括加工、模制、燙印、圖案 化化學(xué)蝕刻、光刻法、沉積或等。表面特征可以具有0.1微米至100微 米的典型尺寸。部件可以是對稱或非對稱的。微小化表面結(jié)構(gòu)可以是 如美國專利No. 6,649,939中所述，以引用的方式并入本文。
在一些實(shí)施例中，發(fā)射表面可通過結(jié)構(gòu)化表面來適用，諸如通過 增加溝、槽、井、隆起以及等等?？梢酝ㄟ^任何適用方法來構(gòu)造表面， 包括加工、模制、燙印、化學(xué)蝕刻或等。表面特征可以具有IO微米至 1000微米的典型尺寸。部件可以是對稱或非對稱的。構(gòu)造可以在發(fā)射 表面的邊緣進(jìn)行，諸如通過側(cè)面傾斜進(jìn)行，或在內(nèi)部或發(fā)射表面進(jìn)行。 構(gòu)造可以是如美國專利No. 5,087,949中所述，以引用的方式并入本文。
在一些實(shí)施例中，發(fā)射表面可通過增加成型封殼來適用。封殼可 以具有任何適用形狀，包括透鏡形狀、尖的形狀、膠狀豆形狀等等。
封殼可以是任何適用的有機(jī)或無機(jī)材料，包括玻璃和聚合物，諸如環(huán) 氧樹脂、硅樹脂、聚碳酸酯等?？梢酝ㄟ^任何適用的方法添加封殼， 包括固化后的模制、固化后的沉積、或單獨(dú)形成以及后續(xù)的附連。封 殼可以可選地包括顆粒物、通常的高折射率材料諸如氧化鋯、二氧化 鈦等，這些材料通常為納米顆粒尺寸。顆?？梢跃鶆蚍植蓟蚩梢猿侍?度變化，梯度變化會在靠近發(fā)射表面的區(qū)域一般提供高折射率。封殼 可以如美國專利No. 6,473,554、或美國專利No. 6,610,598、美國專利 No. 6,717,362中所述，以引用的方式并入本文。
至少一個(gè)發(fā)射表面可以至少部分地被反射率增強(qiáng)層覆蓋，諸如電 介質(zhì)涂層、金屬層、干涉作用反射器等等其中之一。反射率增強(qiáng)層可 以另外起到導(dǎo)電層的作用，通過美國專利2003/0111667中介紹的直接
16傳導(dǎo)性或裝置，以引用的方式并入本文。
在一些實(shí)施例中，發(fā)射表面可通過增加光子晶體來適用，該加成
光子晶體可以如美國專利No. 5，955，749中所述，以引用的方式并入本 文。
根據(jù)本發(fā)明所述的光源可以是圖形顯示裝置的元件或關(guān)鍵元件， 諸如大型或小型屏幕視頻監(jiān)視器、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或顯示器、電視、電 話裝置或電話裝置顯示器、個(gè)人數(shù)字助理或個(gè)人數(shù)字助理顯示器、尋 呼機(jī)或?qū)ず魴C(jī)顯示器、計(jì)算器或計(jì)算器顯示器、游戲機(jī)或游戲機(jī)顯示 器、玩具或玩具顯示器、小型或大型家電或小型或大型家電顯示器、 汽車儀表板或汽車儀表板顯示器、汽車內(nèi)飾或汽車內(nèi)飾顯示器、船舶
儀表板或船舶儀表板顯示器、船舶內(nèi)飾或船舶內(nèi)飾顯示器、航空器儀 表板或航空器儀表板顯示器、航空器內(nèi)飾或航空器內(nèi)飾顯示器、交通 控制設(shè)備或交通控制設(shè)備顯示器、廣告顯示器、廣告牌等。
根據(jù)本發(fā)明所述的光源可以是液晶顯示器(LCD)的部件或關(guān)鍵 部件、或類似顯示器，作為那個(gè)顯示器的背光源。在一個(gè)實(shí)施例中， 根據(jù)本發(fā)明的所述半導(dǎo)體裝置通過將由根據(jù)本發(fā)明的所述半導(dǎo)體裝置 發(fā)射的彩色與LCD顯示器的彩色濾波器匹配，特別適于用作液晶顯示 器的背光源。
根據(jù)本發(fā)明所述的光源可以是照明裝置的部件或關(guān)鍵部件，諸如 諸如自立式或內(nèi)置照明器材或照明燈具、景觀或建筑照明器材、手持 或車載燈、汽車前大燈或尾燈、汽車內(nèi)飾照明燈具、汽車或非汽車信 號裝置、道路照明裝置、交通控制信號裝置、船舶用燈或信號裝置或 內(nèi)飾照明燈具、航空用燈或信號裝置或內(nèi)飾照明燈具、小型或大型家 電或小型或大型家電用燈等；或用作紅外光源、可見光源或紫外線輻 射光源的任何裝置或任何部件。在不背離本發(fā)明的范圍和原則的前提下，本發(fā)明的各種修改和更 改對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，并且應(yīng)該理解，本發(fā) 明不應(yīng)不當(dāng)?shù)叵抻谏衔乃鍪纠詫?shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種制品，包括LED，其具有第一發(fā)射表面；再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其將由所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為不同波長的光并具有第二發(fā)射表面，第一和第二發(fā)射表面中的至少一個(gè)適于阻止全內(nèi)反射。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，的至少一個(gè)被粗糙化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，的至少一個(gè)被結(jié)構(gòu)化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，的至少一個(gè)用成形封殼封裝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，勢阱。其中所述第一和第二發(fā)射表面中其中所述第一和第二發(fā)射表面中其中所述第一和第二發(fā)射表面中其中所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述LED為紫外或藍(lán)光LED。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制品，其中所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將由所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)化為藍(lán)光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的制品，其中所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將由所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)化為黃光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將由所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)化為綠光。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將由所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)化為橙光。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)將由所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)化為紅光。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述LED包括III-V半導(dǎo)體，而所述再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括n-vi半導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制品，該制品包括具有再發(fā)光表面的LED。再發(fā)光半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有發(fā)射表面并將有所述LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)化為不同波長的光。所述發(fā)射表面的至少一個(gè)阻止全內(nèi)反射。
文檔編號H01L33/08GK101467279SQ200780022256
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者凱瑟琳·A·萊瑟達(dá)勒, 安德魯·J·烏德科克, 托馬斯·J·米勒, 邁克爾·A·哈斯 申請人:3M創(chuàng)新有限公司