專利名稱：單芯片式白光發(fā)光二極管元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)光二極管元件領域，尤其涉及一種單芯片式白光發(fā)光二極管元件。
背景技術：
發(fā)光二極管由于具有耗電量低、元件壽命長、低驅動電壓以及反應速度快等優(yōu)點， 目前已廣泛地被應用于交通標志、裝飾燈具以及各式電子產(chǎn)品的指示燈等方面。此外，隨著 白光發(fā)光二極管的快速發(fā)展，發(fā)光二極管的應用范圍更擴展至一般照明以及液晶顯示器的 背光源等方面?，F(xiàn)有的白光發(fā)光二極管主要可區(qū)分為兩種類型。第一類白光發(fā)光二極管為利用藍 光發(fā)光二極管搭配熒光層，并通過藍光發(fā)光二極管發(fā)射的藍光激發(fā)熒光層使其產(chǎn)生與藍光 互補的黃光，再通過透鏡將藍光與黃光混光成所需的白光。此類型的白光發(fā)光二極管雖具 有低成本的優(yōu)勢，但由于其所產(chǎn)生的白光是通過藍光與黃光混合而成，欠缺了紅光成分，因 此色純度不佳。此外，藍光與黃光的波長準確度必須很高，否則將由于互補性不佳而使得混 合的白光產(chǎn)生色偏。另外，熒光層與透鏡結構的設置也導致此類型的白光發(fā)光二極管的體 積偏大。第二類白光發(fā)光二極管是將紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管與藍光發(fā)光二極管 三個不同顏色的發(fā)光二極管芯片封裝成一個白光發(fā)光二極管，并通過紅光發(fā)光二極管發(fā)射 的紅光、綠光發(fā)光二極管發(fā)射的綠光與藍光發(fā)光二極管發(fā)射的藍光混合成白光。然而，三芯 片式白光發(fā)光二極管須增加額外的驅動電路以分別驅動紅光發(fā)光二極管、綠光發(fā)光二極管 與藍光發(fā)光二極管，故增加了制作成本與復雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例所要解決的技術問題在于提供一種能夠減少制作成本并提升色純 度的單芯片式白光發(fā)光二極管元件。為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種單芯片式白光發(fā)光二極管元件，所 述單芯片式白光發(fā)光二極管元件包括第一半導體層，其具有第一摻雜型式；紅光鋅錳硒碲量子井，設置于所述第一半導體層上；第一位障層，設置于所述紅光鋅錳硒碲量子井上；綠光發(fā)光層，設置于所述第一位障層上，所述綠光發(fā)光層包括多個綠光量子點；第二位障層，設置于所述綠光發(fā)光層上；藍光發(fā)光層，設置于所述第二位障層上，所述藍光發(fā)光層包括多個藍光量子點；第三位障層，設置于所述藍光發(fā)光層上；以及第二半導體層，設置于所述第三位障層上，所述第二半導體層具有第二摻雜型式。在本發(fā)明實施例中，本發(fā)明的單芯片式白光發(fā)光二極管元件利用鋅錳硒碲量子井 作為紅光發(fā)光層，以及利用II-VI族制作綠光發(fā)光層和藍光發(fā)光層的材料。上述材料之間 具有類似的晶格，可減少差排缺陷的產(chǎn)生，借此提升發(fā)光效率。另外，綠光發(fā)光層和藍光發(fā)光層是以量子點的型式存在，因此可進一步避免發(fā)光效率受到缺陷的影響。再者，本發(fā)明的 單芯片式白光發(fā)光二極管元件是利用紅光、綠光與藍光混合形成白光，因此可避免現(xiàn)有的 白光發(fā)光二極管易產(chǎn)生色偏的問題。


圖1是本發(fā)明一較佳實施例提供的一種單芯片式白光發(fā)光二極管元件的示意圖。圖2是本發(fā)明實施例提供的紅光鋅錳硒碲量子井內(nèi)的電子能階變化的示意圖。圖3是本發(fā)明實施例提供的綠光量子點與藍光量子點的發(fā)光強度與波長的示意 圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結 合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅 用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參考圖1，圖1繪示了本發(fā)明一較佳實施例的一種單芯片式白光發(fā)光二極管元 件的示意圖。如圖1所示，本實施例的單芯片式白光發(fā)光二極管元件10包括一第一半導 體層12、一紅光鋅錳硒碲量子井14設置于第一半導體層12上、一第一位障層16設置于紅 光鋅錳硒碲量子井14上、一綠光發(fā)光層18設置于第一位障層16上、一第二位障層20設置 于綠光發(fā)光層18上、一藍光發(fā)光層22設置于第二位障層20上、一第三位障層M設置于所 述藍光發(fā)光層22上，以及一第二半導體層沈設置于第三位障層M上。另外，第一半導體 層12與紅光鋅錳硒碲量子井14之間可另設置一緩沖層13。第一半導體層12具有第一摻雜型式，例如P型摻雜型式。在本實施例中，第一半 導體層12是選用摻雜鋅的砷化鎵基板，但不以此為限。紅光鋅錳硒碲量子井14是用于提 供紅光的來源。緩沖層13的作用為增加第一半導體層12與紅光鋅錳硒碲量子井14之間 的晶格匹配，此外緩沖層13的能隙也需高于紅光鋅錳硒碲量子井14的能隙，從而將載子局 限在紅光鋅錳硒碲量子井14內(nèi)，因此緩沖層13的材料在選用上需符合上述兩項條件。在 本實施例中，緩沖層13的材料是選用未摻雜硒化鋅層，但并不以此為限，其它符合上述兩 項條件的材料也可作為緩沖層13的材料。綠光發(fā)光層18包括多個綠光量子點18A，用于提 供綠光的來源。藍光發(fā)光層22包括多個藍光量子點22A，用于提供藍光的來源。第一位障層16、第二位障層20和第三位障層M的作用在于將電子局限在紅光鋅 錳硒碲量子井14、綠光發(fā)光層18或藍光發(fā)光層22內(nèi)進行反應，因此在材料的選擇上需選擇 能隙高于紅光鋅錳硒碲量子井14、綠光發(fā)光層18和藍光發(fā)光層22的能隙的材料。另外，第 一位障層16、第二位障層20和第三位障層M的晶格也需與紅光鋅錳硒碲量子井14、綠光 發(fā)光層18或藍光發(fā)光層22相匹配，以避免因晶格不匹配所產(chǎn)生的缺陷影響發(fā)光效率和元 件壽命?；谏鲜隹紤]，第一位障層16、第二位障層20及第三位障層M的材料應選用可與 紅光鋅錳硒碲量子井14、綠光發(fā)光層18及藍光發(fā)光層22相匹配的材料。在本實施例中，第 一位障層16、第二位障層20及第三位障層M的材料是選用硒化鋅，但并不以此為限，也可 為其它適當?shù)腎I-VI族材料。第二半導體層沈具有一第二摻雜型式，例如N型摻雜型式。在本實施例中，第二
4半導體層26是選用摻雜氯的硒化鋅，但不以此為限。此外為了提供順向偏壓，第二半導體 層26相對于第三位障層M的另一側表面設置有電極觀，例如鉬鉻合金電極，且電極觀具 有透光區(qū)28k,以使單芯片式白光發(fā)光二極管元件10產(chǎn)生的白光可射出，而第一半導體12 相對于緩沖層13的另一側表面則設置有電極30，例如銦電極，但不以此為限。以下針對本發(fā)明的紅光鋅錳硒碲量子井14、綠光量子點18A以及藍光量子點22A 的發(fā)光原理進行說明。請參考圖2，一并參考圖1，圖2繪示了本實施例的紅光鋅錳硒碲量 子井14內(nèi)的電子能階變化的示意圖。如圖2所示，在順向偏壓的驅動下，第二半導體層沈 內(nèi)的電子會被激發(fā)至傳導帶，如圖2的虛實線(dash-dot line)所示。在本實施例中，紅 光鋅錳硒碲量子井14選用鋅錳硒碲的合金，其中碲具有高補捉載子效率，可作為載子遷移 媒介，在此狀況下，位于傳導帶的電子會先被碲補捉，再快速遷移至二價錳離子(Mn2+)的能 階，如圖2的虛線(dash line)所示。由于電子在二價錳離子的能階下為不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)， 因此電子會掉落至穩(wěn)定的基態(tài)，如圖2的實線(solid line)所示，并在此過程中會產(chǎn)生紅 光。在本實施例的紅光鋅錳硒碲量子井14內(nèi)，二價錳離子的能隙約為2. 0電子伏特，因此 可釋放出波長約為620納米(nm)的紅光。另外值得說明的是在本實施例中，紅光鋅錳硒碲 量子井14內(nèi)的錳與碲的含量很低，例如錳的原子濃度(atomic percentage)大體上是介于 2%與5%之間，并以3%為較佳，而碲的原子濃度大體上是介于3%與7%之間，并以5%為 較佳。如前所述，碲具有高補捉載子效率，因此在碲存在的情況下，僅需要少量的錳即可達 到高發(fā)光效率。此外，盡管錳與碲的濃度很低，但已足夠調(diào)整能隙，使紅光鋅錳硒碲量子井 14的能隙(約2. 75電子伏特)小于以硒化鋅作為材料的緩沖層13和第一位障層16的能 隙(約2. 8電子伏特)，故可確保量子局限效應。此外，微量的錳原子與碲原子幾乎不會影 響到紅光鋅錳硒碲量子井14的晶格，故使得紅光鋅錳硒碲量子井14的晶格常數(shù)與使用例 如硒化鋅作為材料的第一半導體層12與第一位障層16的晶格常數(shù)接近而可避免缺陷產(chǎn) 生。另外，在本實施例中，紅光鋅錳硒碲量子井14的厚度(井寬)大體上是介于Inm與5nm 之間，并以2nm為較佳。在上述厚度范圍下由于紅光鋅錳硒碲量子井14的井寬未達到晶格 松弛(Iatticerelaxation)，因此也可降低缺陷的產(chǎn)生。請再參考圖1。本實施例利用綠光量子點18A與藍光量子點22A提供綠光源和藍 光源。由于綠光量子點18A和藍光量子點22A是以量子點的型式分散地分布，因此受到差 排(dislocation)缺陷影響的機率低。換言之，僅有少部分的綠光量子點18A和藍光量子 點22A會受到缺陷的影響，而大部分的綠光量子點18A和藍光量子點22A仍可正常發(fā)光。在 本實施例中，綠光發(fā)光層18的厚度大體上介于2. 5與3原子層之間，并以2. 5原子層為較 佳，且綠光量子點18A的密度大體上是介于5*108cm_2與109cm_2之間，并以109cm_2為較佳， 但不以此為限。此外，藍光發(fā)光層22的厚度大體上介于1. 5與2. 5原子層之間，并以1. 5原 子層為較佳，且藍光量子點22k的密度大體上是介于5*108cm_2與109cm_2之間，并以109cm_2 為較佳，但不以此為限。另外，在本實施例中，綠光量子點18A和藍光量子點22A是選用相 同的II-VI族元素作為材料，其具有近似的能隙，但藍光量子點22A的尺寸小于綠光量子點 18A的尺寸，從而在波長局限效應下，尺寸較大的綠光量子點18A可發(fā)出綠光，而尺寸較小 的藍光量子點22A可發(fā)出藍光。舉例而言，綠光量子點18A可為綠光硒化鎘量子點，其能隙 約為1. 7電子伏特，而藍光量子點22A可為藍光硒化鎘量子點，其能隙約為1. 7電子伏特； 或者，綠光量子點18A可為綠光碲化鋅量子點，而藍光量子點22A可為藍光碲化鋅量子點。
5又，綠光量子點18A和藍光量子點22A的材料不以上述材料為限，可使用其它合適的II-VI 族元素作為材料。請參考圖3，一并參考圖1，圖3繪示了本實施例的綠光量子點與藍光量子點的發(fā) 光強度與波長的示意圖。如圖3所示，本實施例的綠光量子點18A可發(fā)出波長范圍約介于 510與550納米之間、且強度達到約6000至12000單位(arbitrary,a. u.)之間的綠光，而 藍光量子點22A可發(fā)出波長范圍約介于460與500納米之間、且強度達到約3000至6000 單位之間的藍光。綜上所述，本發(fā)明的單芯片式白光發(fā)光二極管元件利用鋅錳硒碲量子井作為紅光 發(fā)光層，以及利用II-VI族制作綠光發(fā)光層和藍光發(fā)光層的材料。上述材料之間具有類似 的晶格，可減少差排缺陷的產(chǎn)生，借此提升發(fā)光效率。另外，綠光發(fā)光層和藍光發(fā)光層是以 量子點的型式存在，因此可進一步避免發(fā)光效率受到缺陷的影響。再者，本發(fā)明的單芯片式 白光發(fā)光二極管元件是利用紅光、綠光與藍光混合形成白光，因此可避免現(xiàn)有的白光發(fā)光 二極管易產(chǎn)生色偏的問題。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述單芯片式白光發(fā)光二極管元 件包括第一半導體層，其具有第一摻雜型式；紅光鋅錳硒碲量子井，設置于所述第一半導體層上；第一位障層，設置于所述紅光鋅錳硒碲量子井上；綠光發(fā)光層，設置于所述第一位障層上，所述綠光發(fā)光層包括多個綠光量子點；第二位障層，設置于所述綠光發(fā)光層上；藍光發(fā)光層，設置于所述第二位障層上，所述藍光發(fā)光層包括多個藍光量子點；第三位障層，設置于所述藍光發(fā)光層上；以及第二半導體層，設置于所述第三位障層上，所述第二半導體層具有第二摻雜型式。
2.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述紅光鋅錳硒 碲量子井的錳的原子濃度介于2%與5%之間；所述紅光鋅錳硒碲量子井的碲的原子濃度 介于3%與7%之間。
3.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述紅光鋅錳硒 碲量子井的厚度介于1納米與5納米之間。
4.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述綠光量子點 與所述藍光量子點為相同材質，且所述藍光量子點的尺寸小于所述綠光量子點的尺寸。
5.如權利要求4所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述綠光量子點 包括綠光硒化鎘量子點，所述藍光量子點包括藍光硒化鎘量子點；或者，所述綠光量子點包 括綠光碲化鋅量子點，所述藍光量子點包括藍光碲化鋅量子點。
6.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述綠光發(fā)光層 的厚度介于2. 5與3原子層之間；所述綠光發(fā)光層的綠光量子點的密度介于5*108cm_2與 IO9CnT2 之間。
7.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述藍光發(fā)光層 的厚度介于1. 5與2. 5原子層之間；所述藍光發(fā)光層的藍光量子點的密度介于5*108cm_2與 IO9CnT2 之間。
8.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述第一半導體 層為P型半導體層，所述第二半導體層為N型半導體層。
9.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述第一位障層 包括硒化鋅層，所述第二位障層包括硒化鋅層，所述第三位障層包括硒化鋅層。
10.如權利要求1所述的單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其特征在于，所述單芯片式白 光發(fā)光二極管元件還包括緩沖層，所述緩沖層設置于所述第一半導體層與所述紅光鋅錳硒 碲量子井之間；所述緩沖層包括未摻雜硒化鋅層。
全文摘要
本發(fā)明適用于發(fā)光二極管元件領域，提供了一種單芯片式白光發(fā)光二極管元件，其包括一具有第一摻雜型式的第一半導體層、一紅光鋅錳硒碲量子井設置于第一半導體層上、一第一位障層設置于紅光鋅錳硒碲量子井上、一包括多個綠光量子點的綠光發(fā)光層設置于第一位障層上、一第二位障層設置于綠光發(fā)光層上、一包括多個藍光量子點的藍光發(fā)光層設置于第二位障層上、一第三位障層設置于藍光發(fā)光層上，以及一具有第二摻雜型式的第二半導體層設置于第三位障層上。本發(fā)明能夠減少制作成本并提升色純度。
文檔編號H01L33/08GK102082215SQ20091018857
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月28日 優(yōu)先權日2009年11月28日
發(fā)明者吳家興, 周武清, 楊祝壽, 江美昭, 羅志偉, 莫啟能, 黃亮魁 申請人:中華映管股份有限公司, 深圳華映顯示科技有限公司