CN201134433Y - 发多色光的半导体二极管芯片 - Google Patents

Abstract

一种发多色光的半导体二极管芯片，包括基底、顶层；所述的基底由衬底及覆于其上的光发射缓冲层、半绝缘层构成；在基底上叠置有两个以上颜色光的发射芯区，每个发射芯区都是由中心的活性层及分置于上、下两侧的上、下覆盖层及上、下接触层构成；各上、下发射芯区之间、最下发射芯区与基底间、最上发射芯区上的顶层均为半绝缘层；各发射芯区设有正、负电极，分别由对应电连通的上、下接触层引至顶层。所述叠置的两个以上颜色光各为不同波长的光。其制作的发光二极管通过选定控制可发出单色或组合色的光，特别是将一定波长的光组合后可发出用途广泛的白光，拓宽了发光二极管的应用范围。

Description

发多色光的半导体二极管芯片

技术领域

本实用新型属电子领域，尤其涉及一种发多色光的半导体二极管芯片。

背景技术

发光二极管(LED)被认为是下一代的照明光源，由于LED光源具有亮度均匀的特性，且使用寿命长，使用的是5～24V的低压电源，十分安全；抗震性能出色，加上LED不需要使用对环境有害的金属汞，更加环保。不远的未来它将取代白炽灯和荧光灯。

白光比其他颜色的光具有更重要的用途，不光可以作为识别用色光，更重要的是可以用来照明。

目前，发光二极管(LED)发出的光集中在一个波长附近，即单色光。多色光(包括白色光)只能通过采用多个不同单颜色的LED组合或两步激发的方法实现，比如，通过将红色、绿色和蓝色的LED发出的光混合产生白光，或用蓝光激发黄荧光材料产生白光。很显然这种方法不利于发光二极管的应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种发多色光的半导体二极管芯片，用其制作发光二极管可以根据使用要求发出不同色的光。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种发多色光的半导体二极管芯片，包括一基底、一顶层；

所述的基底由衬底及覆于其上的光发射缓冲层、半绝缘层(介电层)构成；

在基底上叠置有两个以上颜色光的发射芯区，每个发射芯区都是由中心用于发光的活性层及分置于上、下两侧的上、下覆盖层及上、下接触层构成；各上、下发射芯区之间夹置半绝缘层，最下发射芯区与基底间、最上发射芯区上的顶层均为半绝缘层；各发射芯区设有正、负电极，分别由对应电连通的上、下接触层引至顶层。

所述各发射芯区的正、负电极是由填充在孔道内的导电金属填充物形成的电极；该孔道围侧绝缘，其从顶部通到对应的接触层。

所述叠置的两个以上颜色光各为不同波长的光。

本实用新型的优点是：

1、单个半导体二极管芯片既可发出多色光，特别是将一定波长的光组合后发出用途广泛的白光，拓宽了发光二极管的应用范围。

2、使用更加灵活方便。

附图说明

图1a为本实用新型一实施例结构示意图(主视，带有三种颜色光发射芯区)

图1b为图1a所示实施例结构示意俯视图

图2a为本实用新型另一实施例结构示意图(主视，带有两种颜色光发射芯区)

图2b为图2a所示实施例结构示意俯视图

具体实施方式

如图1a、图1b、图2a、图2b所示，本实用新型发多色光的半导体二极管芯片，包括有基底(包括：衬底101、缓冲层102、半绝缘层103和反射层104)、顶层(即为绝缘层134)，改进点在于：在基底上叠置有两个以上颜色光的发射芯区。图1a所示的是带有三种颜色光发射芯区(第一发射芯区包括：下接触层105、下覆盖层106、用于发光的活性层107、上覆盖层108、上接触层109；第二发射芯区包括：下接触层117、下覆盖层118、用于发光的活性层119、上覆盖层120、上接触层121；第三发射芯区包括：下接触层129、下覆盖层130、用于发光的活性层131、上覆盖层132、上接触层133)。图2a所示的是带有两种颜色光发射芯区(第一发射芯区包括：下接触层105、下覆盖层106、用于发光的活性层107、上覆盖层108、上接触层109；第二发射芯区包括：下接触层117、下覆盖层118、用于发光的活性层119、上覆盖层120、上接触层121)。

每个发射芯区都是由中心用于发光的活性层及分置于上、下两侧的上、下覆盖层及上、下接触层构成；各上、下发射芯区之间、最下发射芯区与基底间及顶层均为半绝缘层(图1a中由上至下包括：134、122、110、103；图2a中由上至下包括：134、110、103；)；各发射芯区设有控制其激发光发射的正、负电极(图1a中由左至右包括：113、125、137、140、128、116；图2a中由左至右包括：113、125、128、116)。

启动具***置层的光发射芯区，能够发出对应色的光。

本实用新型所述叠置的两个以上颜色光各为不同波长的光，该设计通过控制发光区及其强度(控制电极使各个颜色光的发射芯区既可独立发射亦可多个组合发射以形成多组合色发光的二极管)，分别或同时产生多种(如红色、绿色、蓝色)光(包括白光)。

本实用新型发多色光的半导体二极管芯片的衬底材料由硅或砷化镓、氮化镓、氮化铝、碳化硅、蓝宝石之一种材料制成；活性层中至少一个采用以下材料：镓铟磷或铝镓铟磷、镓铟氮、镓氮磷。

下面将列举一个实施例对实用新型发多色光的半导体二极管芯片做进一步说明，它可以发出多种颜色(如红色，绿色和蓝色)，见图1a。利用本实例及附图中公开的原理，可以制造任意的2种或更多颜色光的LED芯片。通过控制芯片，可以令芯片只发出一种颜色的光，也可以任意组合芯片进行发光。如果芯片所有的(或其中多个)发光区都打开，发出的光为白光。

图1a为一个可以发出多种颜色光的LED半导体芯片结构图，该芯片结构可以发出三种颜色光，如红色，绿色，蓝色。这三个单元芯片可以长在一个衬底101上。每个单元芯片结构可以独立被控制进行发光。101是衬底，该衬底材料可以是硅Si，砷化镓GaAs，氮化镓GaN，氮化铝AlN，碳化硅SiC，蓝宝石或其他材料。102是缓冲层，使用缓冲层的目的是为了减少由于衬底和芯片外延层材料的性质不同而造成的芯片缺陷。缓冲层材料可以采用氮化镓GaN或其他材料。103是半绝缘层或介电极层，如氮化镓GaN。105是接触层，该层的目的是提供电接触，如氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮GalnN。接触层可以采用N+或P+重掺杂方法建立接触。在接触层105下面涂敷一层反射层104，以将所有光反射到有效的方向。

106是一层用于发射单色光的包覆层如红色，它可以是氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮、镓氮磷或其他材料。107是用于发射出希望得到的颜色光的发射层或活性层，如红色，它可以是镓铟磷GalnP，铝镓铟磷AlGalnP，镓铟氮GalnN，或镓氮磷GaNP。包覆层108覆在107上，可以是氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮GalnN镓氮磷GaNP或其他材料。109是用于电接触的接触层，如氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮GalnN，接触层可以采用N+或P+重掺杂方法建立接触。110是半绝缘层或介电层，可以是氮化镓GaN或其他材料。这种结构的电接触主要通过结构111，即将110上面的各层刻蚀后形成。112为绝缘层，放置在110刻蚀孔的内形成绝缘孔道，113是由导电金属填充物形成的电极，用于顶部的电接触。类似的结构如114(电接触结构)，115(绝缘孔道)，116(导电金属填充物电极)用于电连通。因此，该LED装置可以通过控制，单独发出第一种颜色的光如红色。

除了产生红色光的LED结构，还可以建立其他的LED结构。117是用于电接触的接触层，它可以是氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮GalnN。接触层可以采用N+或P+重掺杂方法建立接触。118是发射另一种颜色光的包覆层，在本实施例中是绿色，它可以是氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮，镓氮磷。119是绿色光的发射层或活性层，它可以是是镓铟磷GalnP，铝镓铟磷AlGalnP，镓铟氮GalnN，或镓氮磷GaNP。120是发射绿色光的包覆层，它可以是氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮，镓氮磷。121是为了发射绿色光用于电接触的接触层，它可以是氮化镓GaN，铝镓氮A/GaN，镓铟氮GalnN。接触层可以采用N+或P+重掺杂方法建立接触。122是半绝缘层或介电层，可以是氮化镓GaN或其他材料。这种结构的电接触通常采用垂直或自顶向下的结构123，即刻蚀在121上面的各结构层形成。绝缘层124放置在接触孔123的内形成绝缘孔道，由金属填充物形成的电极125用于从顶部形成电接触。同样方法，126是接触孔，127是绝缘层形成的绝缘孔道，128是导电金属填充物形成的电极。

除了发绿色光的LED结构，还制作了另一种颜色光的LED结构。其中，129是用于电接触的接触层，它可以是GaN，A/GaN，GalnN，该层采用N+或P+重掺杂处理。130是发蓝色光的包覆层，它可以是GaN，A/GaN，GaInN，GaNP。131是发蓝色光的发射层或活性层，它可以是GalnN，或A/GaN。132也是发蓝色光的包覆层，它可以是GaN，A/GaN，GaInN。133是用于电接触的接触层，它可以是GaN，AlGaN，GalnN，该层采用N+或P+重掺杂处理。134是半绝缘或电介质层，它可以是GaN或类似Si3N4和SiO2的薄片。这种结构的电接触通过刻蚀133上面的各结构层形成的孔135来实现。绝缘层136放置在孔135的内形成绝缘孔道，由导电金属填充物形成的电极137用于从顶部建立电接触。相似的接触结构138中，139是绝缘层形成绝缘孔道，140是导电金属填充物形成的电极。这种结构可以使LED芯片发出蓝色光。

图1b是能发射多种颜色的LED芯片201的俯视图(可以代表图1a所示实施例)。202是电极113的绝缘垫片，203是电极116的绝缘垫片，113和116控制红色光。204是电极125的绝缘垫片，205是电极128的绝缘垫片，125和128控制绿色光。206是电极137的绝缘垫片，207是电极140的绝缘垫片，137和140控制蓝色光。

上述实施例中，红色、绿色、蓝色光发射芯区在同一个衬底上的。

所述的红、绿、蓝三个颜色光的发射芯区由下至上排列组合，三个发射芯区可选择性的启动，即可以只启动一个发射区，亦可启动任意两个发射区或三个发射区同时启动。该LED芯片可以选择性打开某一发射芯区，使芯片一次只发出一种颜色的光。或者三个发光区同时打开，LED芯片发出白色光。

用本实用新型发多色光的半导体二极管芯片制得的发光二极管可以通过控制电极独立或多个组合发射形成多组合色发光的二极管。

本实用新型公开的LED芯片组结构在前面已经进行了描述，并结合具体的附图来说明。以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请专利范围，该技术在不脱离本专利申请公开的原则基础上可以进行一些变化和改进。所有等价于本专利申请权利要求的含义和范围的变化均属于本专利权利要求的范畴。

Claims (7)

1、一种发多色光的半导体二极管芯片，包括一基底、一顶层，其特征在于：

所述的基底由衬底及覆于其上的光发射缓冲层、半绝缘层构成；

在基底上叠置有两个以上颜色光的发射芯区，每个发射芯区都是由中心用于发光的活性层及分置于上、下两侧的上、下覆盖层及上、下接触层构成；各上、下发射芯区之间夹置半绝缘层，最下发射芯区与基底间、最上发射芯区上的顶层均为半绝缘层；各发射芯区设有正、负电极，分别由对应电连通的上、下接触层引至顶层。

2、根据权利要求1所述的发多色光的半导体二极管芯片，其特征在于：所述各发射芯区的正、负电极是由填充在孔道内的导电金属填充物形成的电极；该孔道围侧绝缘，其从顶部通到对应的接触层。

3、根据权利要求1所述的发多色光的半导体二极管芯片，其特征在于：所述叠置的两个以上颜色光各为不同波长的光。

4、根据权利1所述的发多色光的半导体二极管芯片，其特征在于：衬底材料由硅或砷化镓、氮化镓、氮化铝、碳化硅、蓝宝石之一种材料制成。

5、根据权利1所述的发多色光的半导体二极管芯片片，其特征在于：所述活性层中至少一个采用以下材料：镓铟磷或铝镓铟磷、镓铟氮、镓氮磷。

6、根据权利要求1所述的发多色光的半导体二极管芯片，其特征在于：在基底上叠置有红、绿、蓝三个颜色光的发射芯区。

7、根据权利要求6所述的发多色光的半导体二极管芯片，其特征在于：所述的红、绿、蓝三个颜色光的发射芯区由下至上排列组合。

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