CN1700484A - 一种新型的白光led结构 - Google Patents
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Abstract
一种新型结构的白光发光二极管，这种白光发光二极管包括反射层6和电极层9、光致发光层1、衬底层2、缓冲层3、过渡层4、N型导电层5、有源发光区7、P型导电层8。该结构中外加电流、电压使得有源发光区7发出蓝光，该蓝光射入光致发光层1使其产生黄、绿色或橙色光，黄、绿色或橙色光与没有被发光层1吸收的蓝光混合产生白光。
Description
一、技术领域
本发明涉及III族氮化物为基础的白光LED的制备，氮化镓基材料的共掺杂、离子注入、电子辐照、γ辐照以及退火等方法。
二、背景技术
氮化镓(GaN)基白光LED具有节能、使用寿命长、体积小、重量轻、全固态、抗震能力强、环保等优点。现已广泛用于背光源、汽车用灯、装饰灯、小范围照明等领域。随着技术的进步，LED的亮度将不断提高、价格逐步降低而替代目前的白炽灯和日光灯进入普通照明领域。白光LED不仅具有十分重大的社会意义，同时每年超过100亿美元的照明市场也将带来巨大的经济利益。
日本日亚化学公司利用蓝光LED发射的蓝光激发YAG荧光粉产生橙光，橙光与未被YAG荧光粉吸收的蓝光混合产生白光，由此诞生了世界上第一个半导体白光LED。目前实用化的实现LED白光的方式可以分为以下三种：
a)二芯片方式或三芯片方式；
b)紫外光芯片+三基色荧光粉方式；
c)蓝光芯片+橙色荧光粉方式。
二芯片方式或三芯片方式是将蓝、黄两种颜色的芯片或红、绿、蓝三种颜色的芯片装在同一封装外壳内，由外加电路分别控制相应的芯片，而发出白光。由于不存在荧光粉转换效率的影响，这种方式制成的白光LED发光效率最高；但由于每个芯片都需要独立的驱动电路，因此控制电路相对复杂、成本高，而且由于控制回路电流的变化会影响对应芯片的发光亮度和光谱，这将影响混合而成的白光色坐标和显色指数等参数发生变化。
紫外光芯片+三基色荧光粉方式是目前研究的重点之一，这种方式形成的白光色坐标和显色指数等指标较好；但三基色荧光粉的转换效率有待提高，同时还须解决紫外光泄漏对人体的影响、紫外光照射引起密封添充材料和外壳老化是使用寿命降低的问题。
蓝光芯片+橙色荧光粉方式产生的白光指标参数相对较差，荧光粉涂敷不均匀引起色度不均匀，同时荧光粉长时间处于LED光直射下的高温状态引起性能退化、使白光LED的效率下降和光谱改变。
三、发明内容
一种新型结构的白光发光二极管，这种白光发光二极管包括反射层6和电极层9、光致发光层1、衬底层2、缓冲层3、过渡层4、N型导电层5、有源发光区7、P型导电层8。该结构中外加电流、电压使得有源发光区7发出蓝光，该蓝光射入光致发光层1使其产生黄、绿色或橙色光，黄、绿色或橙色光与没有被发光层1吸收的蓝光混合产生白光。
本发明的目的：利用常规蓝光LED所发出的蓝光，穿过透明的蓝宝石衬底和厚GaN层，其中一部分蓝光被厚GaN层吸收而发出黄光，黄光与未被GaN层吸收的蓝光混合形成白光。这种白光LED是光子循环式单芯片白光LED，其PL黄光光谱范围宽，使形成的白光更接近于自然白光。
本发明的技术特点：利用GaN材料的杂质和缺陷光致发光特性。通过有意掺杂、大剂量和高能离子注入、电子辐照或γ辐照在GaN基III族氮化材料的禁带内产生大量的杂质能级和缺陷能级。掺杂的种类、离子注入的种类和剂量、电子辐照的能量和剂量由所需要的PL光谱决定。再经过高温退火稳定其杂质能级和缺陷能级，使器件能长时间有效工作。
在外延生长光致发光层的同时选择锌作为杂质源进行掺杂。锌在GaN中位于价带顶上的能级主要有四个：0.57eV、0.88eV、1.2eV和1.72eV，由杂质能级引起的辐射跃迁产生黄光。
四、附图说明
新型白光LED的结构示意图见附图1。图1中：
1：光致发光层 2：衬底层 3：缓冲层 4：过渡层 5：N型导电层
6：反射层 7：有源发光区 8：P型导电层 9：电极层
新型白光LED的光谱见附图2。图2中的窄峰和宽峰分别为蓝光峰和黄光峰。
五、具体实施方式
蓝宝石衬底需双面抛光，其厚度在满足后续工艺要求的条件下尽量薄一些，最好薄于0.4微米。
1、蓝宝石一面上利用MOCVD、MBE或其它方法生长GaN基光致发光层1。在生长GaN基材料的同时可以进行掺杂；
2、样品进行电子辐照或γ辐照，能量和剂量由PL光谱确定；
3、在N2或H2气氛中退火，退火温度略高于GaN生长温度；
4、在蓝宝石的另一面生长常规GaN基蓝光LED结构；
5、从反应腔内取出芯片，对光致发光层1的表面进行处理；
6、对光致发光层1表面光刻，光刻后进行干法刻蚀，使该层呈一透镜形状。
如光致发光层不采用电子辐照或γ辐照而采用离子注入掺杂的方式形成光致发光杂质或缺陷能级则工艺流程如下：
1、备好双面抛光的蓝宝石衬底片，蓝宝石衬底的厚度在满足其它工艺要求的条件下尽量薄一些，最好薄于0.4毫米。
2、在蓝宝石一面上利用MOCVD、MBE或其它方法生长GaN基PL发光层1。在生长GaN基材料的同时可以进行掺杂。
3、在蓝宝石的另一面生长常规GaN基蓝光LED结构。
4、从反应腔内取出芯片，对光致发光层1的表面进行处理。
5、对光致发光层1表面光刻，光刻后进行干法刻蚀，是该层呈一透镜形状。
6、对光致发光层1进行离子注入，对芯片进行退火处理。
其余工艺与倒装蓝光LED相同。
实验结果：
按上述工艺制作的新型结构白光LED的光谱见说明书附图2。
Claims (7)
1.一种发白光的二极管，包括电致发光有源层7、光致发光层1，二者分别位于蓝宝石衬底的两面，该LED为倒装出光结构；
2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，用于制作这种白光发光二极管的蓝宝石衬底材料为双面抛光；
3.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，电致发光层7发蓝光，光致发光层1发黄、绿或橙光；
4.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，光致发光层1可以是GaN基三元或四元材料，光致发光层1利用杂质或缺陷发光；通过改变杂质类型或缺陷在禁带中的位置，使PL光谱发生变化；
5.如权利要求4所述的光致发光层，其特征在于，PL光谱范围宽；
6.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，光致发光层1表面具有出光结构，可以有效提高白光LED芯片的外量子效率；
7.如权利要求4所述的光致发光层，其特征在于，表面形状为一透镜。
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| CNA2004100454091A CN1700484A (zh) | 2004-05-17 | 2004-05-17 | 一种新型的白光led结构 |
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2004
- 2004-05-17 CN CNA2004100454091A patent/CN1700484A/zh active Pending
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