專利名稱：發(fā)光二極管及半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管以及半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
近年來，實用的白光發(fā)光二極管(LED)正在得到迅猛發(fā)展。白光LED使用了短波長LED——藍(lán)光LED或紫外LED——以及由于這些LED所發(fā)出的光的作用而發(fā)出熒光的磷光體。這些白光LED被用作液晶顯示器背光光源等。參照示出了白光LED的示例截面圖的圖13A和13B。圖13A中的白光LED 100a以及圖13B中的LED 100b具有藍(lán)光LED 101；將藍(lán)光LED 101容納在空腔102a中的外殼102；以及覆蓋空腔102a的固態(tài)磷光體103，該磷光體103接收來自藍(lán)光LED 101的藍(lán)光L5，并發(fā)出黃光L6。于是，通過LED 101所發(fā)出的藍(lán)光L5與磷光體103所發(fā)出的黃光L6的顏色混合來實現(xiàn)白光。
除了圖13A和13B所示的結(jié)構(gòu)以外，在日本未審專利申請公開No.H07-99345和No.H10-93146中所公開的另一示例是其中以包含磷光材料的合成聚合物覆蓋藍(lán)光LED的結(jié)構(gòu)。日本未審專利申請公開No.H11-31845和No.H11-46019中所公開的另一示例是其中以磷光材料涂覆藍(lán)光LED的結(jié)構(gòu)。在日本未審專利申請公開No.H11-46015中所公開的白光LED的另一結(jié)構(gòu)中，采用濺射技術(shù)，在藍(lán)光LED上形成磷光薄膜。
正如專利申請公開No.H07-99345和No.H10-93146所述，具有用含有磷光材料的合成聚合物來覆蓋藍(lán)光LED的結(jié)構(gòu)的白光LED存在下列問題。當(dāng)把磷光材料混合到合成聚合物中時，通常使用粉末狀的磷光材料，但粉末狀的磷光體傾向于在合成聚合物中結(jié)塊，使得難以獲得均勻的發(fā)光(黃光)。因此，白光不均勻，而是產(chǎn)生一些色斑。
同時，在專利申請公開No.H11-31845和No.H11-46019中所公開的結(jié)構(gòu)中，將磷光材料散布到藍(lán)光LED上的。然而，要將磷光材料以均勻的厚度散布到LED上是很困難的；此外，還需要用特殊的設(shè)備來將粉狀或者膏狀的磷光材料涂抹到LED上。最后，如專利申請公開No.H11-46015中所述的方法，使用濺射技術(shù)形成磷光薄膜，要形成所需厚度的磷光薄膜就需要大量的時間，這使得生產(chǎn)效率低下，從而也就使得該方法不太實用。
考慮到上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人注意到如果使用固態(tài)的磷光材料，則容易對其厚度進(jìn)行調(diào)整，從而產(chǎn)生均勻的發(fā)光，所發(fā)出的白光就不會有斑點。然而，例如，在圖13A所示的結(jié)構(gòu)中，為了讓連接了引腳104a與藍(lán)光LED101的導(dǎo)線105通過，空腔102a就不能被磷光體103完全覆蓋，從而所發(fā)出的黃光L6的分布就有可能不勻稱。類似地，在圖13B所示的結(jié)構(gòu)中，盡管磷光體103完全覆蓋了空腔102a，但空腔102a是從藍(lán)光LED 101延伸出去(flare out)的事實會使LED 101正上方的藍(lán)光L5的光強(qiáng)與邊緣的光強(qiáng)存在差別。所以，這些結(jié)構(gòu)均會使白光產(chǎn)生色斑。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前述問題，本發(fā)明的一個目的在于制造發(fā)光二極管和半導(dǎo)體發(fā)光器件，實現(xiàn)其中最小化斑點的發(fā)射譜。
為了解決上面所討論的問題，根據(jù)本發(fā)明的第一發(fā)光二極管的特征在于具有(1)由氮化物半導(dǎo)體組成的半導(dǎo)體疊片，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層，用于發(fā)射第一波段的光；(2)設(shè)置在所述疊片的與所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第一光學(xué)反射層；(3)設(shè)置在所述疊片的與所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第二光學(xué)反射層；以及(4)設(shè)置在所述半導(dǎo)體疊片側(cè)面的磷光體，用于接收所述第一波段的光，并發(fā)射第二波段的光。
在上述第一發(fā)光二極管中，半導(dǎo)體疊片夾在第一和第二反射層之間的事實意味著從有源層發(fā)出的波段#1的光會在第一和第二反射層處被反射，并從疊片的側(cè)面發(fā)射出去。由于磷光體位于半導(dǎo)體疊片的側(cè)面，所以磷光體就會被波段#1的光所泵浦，并發(fā)出波段#2的光。從而產(chǎn)生依照波段#1和波段#2的光進(jìn)行調(diào)諧的發(fā)射譜。依照上述的第一發(fā)光二極管，將有源層所發(fā)出的波段#1的光聚集在半導(dǎo)體疊片的側(cè)面上，由于這時半導(dǎo)體疊片的該側(cè)面上有磷光體，所以通過任意調(diào)整磷光體的厚度，可以使波段#2的光的光強(qiáng)與波段#1的光的光強(qiáng)相匹配。因此，獲得了色彩不均勻性最小化的發(fā)射譜。
所述發(fā)光二極管的特征還在于，所述半導(dǎo)體疊片還具有位于所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第一光學(xué)反射層之間的、由GaN基化合物構(gòu)成的襯底。襯底一般要比用外延技術(shù)生長的半導(dǎo)體層厚得多。這就意味著，通過在襯底上設(shè)置第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、有源層、以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層，提供給這些層的電流就會在有源層中、沿有源層平面的方向(也就是向著半導(dǎo)體疊片的側(cè)面)發(fā)生擴(kuò)散。依照該發(fā)光二極管，波段#1的光就可以更加高效地從半導(dǎo)體疊片的側(cè)面被提取出來。
所述發(fā)光二極管的特征還在于，所述磷光體是被粘合到所述半導(dǎo)體疊片的所述側(cè)面上的磷光片。由于磷光片的厚度很容易被調(diào)節(jié)，所以用磷光片給發(fā)光二極管作磷光體就可以產(chǎn)生斑點化被最小化的發(fā)射譜。
根據(jù)本發(fā)明的第二發(fā)光二極管的特征在于，它包括(5)由氮化物半導(dǎo)體組成的半導(dǎo)體疊片，該半導(dǎo)體疊片包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層，用于發(fā)射第一波段的光；(6)設(shè)置在{所述疊片的}與所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第一光學(xué)反射層；以及(7)設(shè)置在{所述疊片的}與所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第二光學(xué)反射層；其特征還在于所述半導(dǎo)體疊片還包括由GaN基化合物構(gòu)成的襯底，所述襯底位于所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第一光學(xué)反射層之間，以及所述襯底包括發(fā)光源，用于接收第一波段的光，并發(fā)射第二波段的光。
在上述第二發(fā)光二極管中，由于半導(dǎo)體疊片包括含有發(fā)光源的襯底，所以這些發(fā)光源會被有源層所發(fā)出的波段#1的光的一部分所泵浦，然后在襯底中產(chǎn)生波段#2的光。這就意味著，波段#1和波段#2的光都會在第一和第二反射層被反射，彼此混合，并從半導(dǎo)體疊片的側(cè)面發(fā)射出去。這樣就產(chǎn)生了根據(jù)波段#1和波段#2的光進(jìn)行調(diào)諧的發(fā)射譜。依照上述的第二發(fā)光二極管，由于有源層所發(fā)出的波段#1的光與襯底內(nèi)所產(chǎn)生的波段#2的光會聚集在半導(dǎo)體疊片的側(cè)面上，所以就可以很容易地使從半導(dǎo)體疊片側(cè)面發(fā)射出的波段#1的光的光強(qiáng)與波段#2的光的光強(qiáng)相匹配。這樣就可以得到色彩不均勻性被最小化的發(fā)射譜。
所述發(fā)光二極管特征還在于還具有設(shè)置在所述半導(dǎo)體疊片除發(fā)光面以外的多個側(cè)面中的一個側(cè)面上的光學(xué)反射膜。這樣就可以在半導(dǎo)體疊片的側(cè)面中的某一個(發(fā)光面)上聚集波段#1的光(以及波段#2的光)，從而就限制了發(fā)光的方向，也就提高了光的提取效率。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第一半導(dǎo)體發(fā)光器件的特征在于沿層壓方向排列多個上述發(fā)光二極管。該半導(dǎo)體發(fā)光器件可以產(chǎn)生較大的發(fā)光能量，同時該結(jié)構(gòu)還可以使器件的尺寸減小。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二半導(dǎo)體發(fā)光器件是一種配備有至少一個上述發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于還具有矩形光導(dǎo)，具有光提取表面；光學(xué)反射表面，位于光導(dǎo)的與所述光提取表面相反的一側(cè)，用于反射第一和第二波段的光；以及側(cè)表面，與所述光提取表面延伸的方向以及與所述反射表面延伸方向相交。這里的器件的特征在于將所述發(fā)光二極管安裝在所述光導(dǎo)上，從而使所述半導(dǎo)體疊片的所述側(cè)面與所述光導(dǎo)的所述側(cè)面彼此相對。由于從發(fā)光二極管的半導(dǎo)體疊片側(cè)面發(fā)出的光出現(xiàn)在光導(dǎo)的側(cè)面，所以光導(dǎo)的厚度就可以與半導(dǎo)體疊片的厚度一樣。相應(yīng)地，光導(dǎo)就可以比傳統(tǒng)的背光以及類似發(fā)光器件做得更薄。此外，所述發(fā)光二極管、第二半導(dǎo)體發(fā)光器件是配備有上述發(fā)光二極管的事實可以使從光提取表面上發(fā)出光的發(fā)射譜的色彩不均勻性變得最小。
根據(jù)本發(fā)明，通過發(fā)光二極管和半導(dǎo)體發(fā)光器件，可以實現(xiàn)色彩不均勻性最小化的發(fā)射譜。
通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它目標(biāo)、特征、方面和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極管的剖視斜視圖；圖2是第一實施例中有源層結(jié)構(gòu)的截面圖；圖3到圖6是用于解釋制造發(fā)光二極管的方法的示意圖；圖7A是根據(jù)第一實施例的發(fā)光二極管的斜視圖，而圖7B是根據(jù)第一實施例的修改例的發(fā)光二極管的斜視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的發(fā)光二極管的部分剖視斜視圖；圖9A是根據(jù)第二實施例的發(fā)光二極管的斜視圖，而圖9B是根據(jù)第二實施例的修改例的發(fā)光二極管的斜視圖；圖10A和10B是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的斜視圖；圖12A是圖11中的半導(dǎo)體發(fā)光器件沿著I-I的截面圖，而圖12B是用于比較的傳統(tǒng)背光的截面圖；以及圖13A和13B是示出了白光LED的示例中的截面圖。
具體實施例方式
下面將通過參考附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管以及半導(dǎo)體發(fā)光二極管器件的實施例。需要理解的是，在解釋附圖時，相同的元件將采用相同的附圖標(biāo)記，多余的解釋將會被省略。
實施例1圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例1的LED(發(fā)光二極管)的斜視圖。根據(jù)圖1，本發(fā)明的LED 1包括發(fā)光部分3以及附加在發(fā)光部分3側(cè)面的磷光部分5。發(fā)光部分3包括半導(dǎo)體疊片6、設(shè)置在半導(dǎo)體疊片6上的光學(xué)反射層19(第一反射層)、設(shè)置在反射層19上的陰極電極21、設(shè)置在半導(dǎo)體疊片6與反射層19相反表面上的光學(xué)反射層17(第二反射層)、設(shè)置在半導(dǎo)體疊片6側(cè)面上的絕緣層23、以及設(shè)置在絕緣層23上的反射薄膜25。
疊片6包括襯底7、層壓到襯底7上且用作第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的n型包層9、設(shè)置在n型包層9上的有源層11、以及順序?qū)訅旱接性磳?1上且用作第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的p型包層13和p型接觸層15。
襯底7是由導(dǎo)電的GaN基化合物構(gòu)成的，在本實施例中的襯底是由GaN構(gòu)成的。襯底7能夠讓在有源層11中產(chǎn)生的光L1透過它，其電阻率例如不大于0.5Ωcm，其厚度例如為100μm到200μm。在平面維度上，襯底7例如是邊長為0.5mm到30mm的矩形。
n型包層9是由摻雜了n型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體所組成的。例如，在本實施例中，n型包層9是由摻了Si的AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)所組成的，并形成在襯底7的主平面7a上。
載流子被引入有源區(qū)11以產(chǎn)生第一波段的光L1。在本實施例中，第一波段例如為藍(lán)光波段(420nm到490nm)。有源層11形成在n型包層9上，且具有多量子阱結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)本實施例的有源層11的剖面圖。根據(jù)圖2，有源層11包括勢壘層38a-38c以及阱層39a和39b。更具體地，有源層11包括順序?qū)訅旱膭輭緦?8a、阱層39a、勢壘層38b、阱層39b以及勢壘層38c。
勢壘層38a-38以及阱層39a和39b是由諸如化學(xué)方程AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1；0≤Y2＜1；0≤X2+Y2＜1)所代表的GaN基半導(dǎo)體組成的。根據(jù)本實施例，在勢壘層38a-38c的組份方程中0＜X2＜1且Y2＝0，而在阱層39a和39b的組份方程中，0＜X2＜1且0＜Y2＜1。此外，調(diào)整勢壘層38a-38c以及阱層39a和39b的組份，從而使勢壘層38a-38c的帶隙比阱層39a和39b的帶隙要大。這樣的結(jié)構(gòu)將引入到有源層11中的載流子被俘獲在阱層39a和39b中。
根據(jù)圖1，p型包層13是由摻有p型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體作組成的。例如，在本實施例中，p型包層13是由摻雜了Mg的AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)所組成的。所述p型包層13形成在有源層11上，從而將有源層11置于n型包層9與p型包層13之間。
所述p型接觸層15用來實現(xiàn)p型包層13與陽極電極(下文描述)之間的電連接，它是由摻有p型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體組成的。例如，在本實施例中，p型接觸層15是由摻雜了Mg的GaN組成的。所述p型接觸層15形成在p型包層13上。
反射層17位于p型接觸層15的與設(shè)置有有源層11的一側(cè)相反的一側(cè)。反射層17最好能夠覆蓋整個p型接觸層15。反射層17可以是由Ag或Al這樣的金屬制成的，并反射在有源層11中產(chǎn)生的光L1。盡管在本實施例中，陽極是與反射層17結(jié)合在一起的，但陽極也可以被分開提供。此外，反射層17與p型接觸層15之間可以是歐姆接觸。
反射層19位于n型包層9的與設(shè)置有有源層的一側(cè)相反的一側(cè)。反射層19最好能夠覆蓋整個n型包層9。根據(jù)本發(fā)明，由于半導(dǎo)體疊片6包括襯底7，所以將反射層19置于襯底7的后表面7b上。與反射層17類似，反射層19也可以是由Ag或Al這樣的金屬制成的，并反射在有源層11中產(chǎn)生的光L1。盡管在本實施例中，反射層19是與陰極分開的，但反射層19與陰極也可以被結(jié)合在一起。此外，反射層19與襯底7之間可以是歐姆接觸。
將反射薄膜25設(shè)置在半導(dǎo)體疊片6除發(fā)光表面6a以外的側(cè)面上，絕緣層23被置于半導(dǎo)體疊片6和反射薄膜25之間。根據(jù)本實施例，將光學(xué)反射薄膜25和絕緣層23設(shè)置在半導(dǎo)體疊片6的四個側(cè)面中的三個上，其中未設(shè)置光學(xué)反射薄膜25的那個側(cè)面用作發(fā)光面6a。絕緣層23將反射層25與半導(dǎo)體疊片6、反射層17和19以及陰極電極21分開。與反射層17和19類似，反射薄膜25是由如Ag或Al等金屬制成的，并反射由有源層11發(fā)出的光L1。
磷光部分5包括磷光片27和粘合層29。磷光片27是由固態(tài)的磷光體模制而成的，所述磷光體能夠接收光L1，然后產(chǎn)生比光L1的波段更長的第二波段的光L2。根據(jù)本實施例，第二波段例如是黃光波段(500nm到700nm)，磷光體例如是ZnSSe。將磷光片27通過粘合層29粘貼到半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面上。根據(jù)本實施例，將磷光片27設(shè)置在四個表面中、沒有光學(xué)反射薄膜25的一個表面上(換句話說，發(fā)光面6a)。應(yīng)當(dāng)理解的是，調(diào)整磷光片27沿與半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面相交的方向上的厚度，從而使磷光片27中所產(chǎn)生的光(黃光)L2與藍(lán)光L1一起產(chǎn)生具有所需色調(diào)的白光。
具有上述結(jié)構(gòu)的LED1的操作如下所述。當(dāng)驅(qū)動電壓從LED1外加到陰極電極21與作為陽極電極的反射層17之間的區(qū)域上時，陰極電極21與反射層17之間產(chǎn)生電場，從而使載流子聚集在有源層11中的阱層39a和39b中。相應(yīng)地，在有源層11中產(chǎn)生藍(lán)光L1，且在由反射層17和19以及反射薄膜25反射之后會聚在發(fā)射表面6a上。該藍(lán)光L1的一部分泵浦磷光片27，并變成黃光L2，而剩下的部分仍將以藍(lán)光的形式透過磷光片27。結(jié)果，藍(lán)光L1與黃光L2組合在一起，形成了發(fā)射到LED 1外部的白光。
接著，將參考圖3到圖6來描述根據(jù)本實施例制作LED 1的方法。
首先，準(zhǔn)備如圖3A所示的由導(dǎo)電GaN制成的晶片形狀的襯底7。接著，如圖3B所示，在晶片形狀的襯底7上按順序外延生長n型包層9、有源層11、p型包層13以及p型接觸層15。此后，如圖3C所示，通過氣相沉積工藝，將反射層17形成在p型接觸層15上，以及通過氣相沉積或類似工藝，將反射層19和陰極電極21按順序形成在襯底7的背面7b上。
接著，如圖4A所示，將光刻膠50a和50b分別沉積在陰極電極21和反射層17上。在圖4B中，沿著厚度方向切開晶片形狀的襯底7以及各層，從而得到預(yù)定大小的芯片4。至此，形成了包括襯底7、n型包層9、有源層11、p型包層13以及p型接觸層15的半導(dǎo)體疊片6。如圖5A所示，按照側(cè)面朝下的方式放置每個芯片4，并通過濺射或氣相沉積等工藝，將絕緣層23和反射薄膜25按順序形成在每個芯片4露出的表面上。如圖5B所示，在每個芯片4的除一個側(cè)表面以外的其它所有表面上形成絕緣層23和反射薄膜25。
接著，如圖6A所示，去除光刻膠50a和50b。這樣去除了形成在陰極電極21和反射層17上的絕緣層23和反射薄膜25，這意味著絕緣層23和反射薄膜25只存在于半導(dǎo)體疊片6的三個側(cè)面上。相應(yīng)地，完成了發(fā)光部分3。接著，如圖6B所示，在半導(dǎo)體疊片6既沒有絕緣層23也沒有反射薄膜25的一個側(cè)面上涂覆粘合層29，并將磷光片27粘貼到粘合層29的頂部，從而形成磷光部分5，完成LED 1。
根據(jù)上述實施例，LED 1具有以下效果。首先，由于有源層11所發(fā)出的藍(lán)光L1被會聚在半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面上，而磷光片27也處于該側(cè)面，所以黃光L2和藍(lán)光L1的強(qiáng)度就可以很容易通過調(diào)整磷光片27的厚度來達(dá)到匹配，從而產(chǎn)生具有穩(wěn)定色調(diào)的白光。
此外，LED 1中的半導(dǎo)體疊片6最好如本實施例一樣具有設(shè)置在n型包層9和反射層19之間的襯底7。襯底7比用外延生長等方式產(chǎn)生的半導(dǎo)體層要厚得多。這樣，由于將n型包層9、有源層11和p型包層13設(shè)置在襯底7上，所以提供給這些層的電流就會在襯底7中發(fā)生擴(kuò)散，從而使產(chǎn)生藍(lán)光L1的有源層11部分能夠在與有源層的層疊方向相交的方向擴(kuò)散(換句話說，向半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面擴(kuò)散)。結(jié)果，LED 1使藍(lán)光L1能夠從半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面更加高效地被提取出來。
優(yōu)選地，如本實施例那樣，LED 1具有用作磷光體的磷光片27。由于可以很容易地通過調(diào)整磷光片27的厚度來調(diào)節(jié)黃光L2的強(qiáng)度，所以根據(jù)本實施例的LED 1就可以很容易地產(chǎn)生斑點被最小化的白光。
如本實施例所述，最好在LED 1中半導(dǎo)體疊片6的四個側(cè)面中的三個上設(shè)置反射薄膜25。這樣，藍(lán)光L1就可以被會聚在半導(dǎo)體疊片6的一個特定的側(cè)面上，從而限制了白光發(fā)光的方向，提高了提取白光的效率。
此外，由于根據(jù)本發(fā)明的LED 1與傳統(tǒng)面發(fā)射LED的不同點在于光是從側(cè)面提取的，所以就可以層疊多個LED 1而同時還能保持相對較小的尺寸。所以，用多個LED 1來產(chǎn)生所需的光強(qiáng)是很容易的事情。此外，根據(jù)本實施例的LED 1使用了固態(tài)磷光體(磷光片27)，而不是傳統(tǒng)LED中所使用的磷光體-混合合成聚合物，所以可以將磷光體很容易地安裝到半導(dǎo)體疊片6上，從而提高了LED 1的生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。
修改例圖7A和7B示出了上述實施例1的修改例。圖7A是根據(jù)實施例1的LED 1的斜視圖，而圖7B是根據(jù)修改例的LED 1a的斜視圖。根據(jù)本發(fā)明，LED可以具有如圖7A中的LED 1所示，在半導(dǎo)體疊片6的四個側(cè)面中的一個上設(shè)置磷光片27的結(jié)構(gòu)，也可以具有如圖7B中的LED 1a所示，在半導(dǎo)體疊片6的四個側(cè)面上都設(shè)置磷光片27的結(jié)構(gòu)。在后一種情況中，側(cè)面上沒有反射薄膜。這樣，根據(jù)實施例1的可替換實施例，可以將磷光片27設(shè)置在半導(dǎo)體疊片部分的多于一個的側(cè)面上，而這些側(cè)面將用作發(fā)光面。
實施例2圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例2的LED 1b的斜視圖。LED 1b與LED 1的區(qū)別在于，(1)LED 1b不包括磷光片27和粘合層29，但(2)具有包括了發(fā)光源20的襯底8。由于LED 1b的其它特征與LED 1相同，所以對它們的描述將被省略。
襯底8是由導(dǎo)電GaN基化合物制成的。此外，襯底8包括能夠接收第一波段的光(藍(lán)光L1)而發(fā)出第二波段的光(黃光L3)的發(fā)光源20。在通過如氣相外延等工藝來生長GaN襯底時，可以將如氧和碳等雜質(zhì)或晶體缺陷(氮空穴)引入襯底中。如氧和碳等雜質(zhì)或如氮空穴等晶體缺陷可以用作接收藍(lán)光L1然后產(chǎn)生發(fā)光(黃光L3)的發(fā)光源20。例如，當(dāng)用波長小于480nm的光進(jìn)行照射時，發(fā)光源20會在520nm到650nm的寬波長范圍內(nèi)發(fā)光。發(fā)光的中心波長和發(fā)射譜可以通過所添加的雜質(zhì)的種類或通過晶體缺陷的數(shù)量來控制。
除了發(fā)光源20以外，LED 1b中的襯底8還包括半導(dǎo)體疊片6，這樣，有源層11所發(fā)出的藍(lán)光L1的一部分泵浦襯底8中的發(fā)光源20，從而在襯底8中產(chǎn)生黃光L3。然后，藍(lán)光L1和黃光L3被反射層17和19以及反射薄膜25反射，這些光混合在一起以產(chǎn)生白光，所產(chǎn)生的白光從作為半導(dǎo)體疊片6的一個側(cè)面的發(fā)光面6a發(fā)出。
根據(jù)本實施例，有源層11所發(fā)的藍(lán)光L1以及將襯底8中所產(chǎn)生的黃光L3會聚在半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面上(發(fā)光面6a)，從而可以很容易地使從半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面所發(fā)出的藍(lán)光線L1與黃光線L2的強(qiáng)度彼此一致。結(jié)果，LED 1b可以發(fā)出斑點受到控制的白光。
修改例圖9A和9B示出了上述實施例2的修改例。圖9A是根據(jù)實施例2的LED 1b的斜視圖，而圖9B是根據(jù)修改例的LED 1c的斜視圖。根據(jù)本發(fā)明，LED可以具有如圖9A中的LED 1所示的那樣，在半導(dǎo)體疊片6的四個側(cè)面中的三個上設(shè)置反射薄膜25的結(jié)構(gòu)，或者也可以具有如圖9B中的LED 1c所示的那樣，不具有任何反射薄膜25的結(jié)構(gòu)。因此，可以在半導(dǎo)體疊片的側(cè)面根據(jù)選擇來設(shè)置反射薄膜25，遠(yuǎn)離該側(cè)面的側(cè)面將成為發(fā)光面6a。
實施例3圖10A和10B是根據(jù)本發(fā)明實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的截面圖。根據(jù)圖10A，半導(dǎo)體發(fā)光器件2包括實施例1中的LED 1、外殼41、以及引腳47a和47b。LED 1被加載到外殼41的空腔41a中。承載LED 1，使其與具有磷光片27的側(cè)面(發(fā)光面)相反的側(cè)面朝向槽41a的底面。稍后將以透明的合成聚合物填充槽41a，以保護(hù)LED 1。
此外，在槽41a的底部設(shè)置有與外殼41一體的凸出45，定位LED 1，從而使陰極電極21或陽極電極(發(fā)光層17，兩個電極參見圖1)與凸出45的側(cè)面相接觸。外殼41與引腳47b電連接，從而LED 1的一個電極電連接到引腳47b上，而另一電極將通過導(dǎo)線49電連接到引腳47a。引腳47a通過絕緣材料固定在外殼41上。
圖10B示出了根據(jù)本實施例的另一半導(dǎo)體發(fā)光器件2a。半導(dǎo)體發(fā)光器件2a與半導(dǎo)體發(fā)光器件2的區(qū)別在于半導(dǎo)體發(fā)光器件2a包括多個LED 1。根據(jù)本實施例，半導(dǎo)體發(fā)光器件2a包括裝在外殼41中的槽41a中的兩個LED 1，這兩個LED 1的與發(fā)光面相反的表面朝向槽41a的底面。換句話說，承載兩個LED 1，從而使它們的有源層的延伸方向與槽41a底面相交。沿厚度方向?qū)盈B這兩個LED 1，它們各自的電極被串聯(lián)在一起，驅(qū)動電壓將通過引腳47a和47b加到這樣的機(jī)構(gòu)上。
在半導(dǎo)體發(fā)光器件2和半導(dǎo)體發(fā)光器件2a中，通過引腳47a和47b從半導(dǎo)體發(fā)光器件外部施加的驅(qū)動電壓都施加到LED 1的陽極電極(發(fā)光層17)與陰極電極21之間的區(qū)域上。因此，如實施例1所述，LED 1的一個側(cè)面發(fā)出由藍(lán)光和黃光所產(chǎn)生的白光，所述側(cè)面是半導(dǎo)體疊片6具有磷光片27的一側(cè)。所述白光射向半導(dǎo)體發(fā)光器件2(或2a)的外部。
根據(jù)本實施例，由于發(fā)光器件2和2a都包括如實施例1所述的LED1，所以從半導(dǎo)體發(fā)光器件發(fā)出的白光具有穩(wěn)定的色調(diào)。此外，由于半導(dǎo)體發(fā)光器件2a含有多個LED 1，所以能夠得到的白光強(qiáng)度相對較大。此外，由于LED 1是從側(cè)面發(fā)光的，所以LED 1可以沿厚度方向進(jìn)行層疊，即使在半導(dǎo)體發(fā)光器件具有多個LED 1的情況下，也能夠?qū)雽?dǎo)體發(fā)光器件制作得相對較小。
實施例4圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光器件2b的斜視圖。圖12A是圖11所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件2b沿I-I得到的截面圖。半導(dǎo)體發(fā)光器件2b被用作液晶顯示器(LCD)或類似設(shè)備的背光。如圖11和12A所示，半導(dǎo)體發(fā)光器件2b包括LED 1d和矩形光導(dǎo)37。LED 1d與實施例1中所述的LED 1結(jié)構(gòu)相同，發(fā)光部分3具有矩形平板的形狀，其尺寸例如是0.5mm×30mm。LED 1d中的磷光片27位于半導(dǎo)體疊片6的縱向側(cè)面上，LED 1d被附在光導(dǎo)37上，從而使半導(dǎo)體疊片6的縱向側(cè)面與光導(dǎo)37的側(cè)面相對。
光導(dǎo)37是白光導(dǎo)光、面發(fā)射元件。組成光導(dǎo)37的材料最好是如丙烯酸或聚碳酸酯等能夠擴(kuò)散白光的材料。光導(dǎo)37接收來自安裝在光導(dǎo)37側(cè)面上的LED 1d的白光L4，然后從光導(dǎo)的主表面37a發(fā)出白光L4。換句話說，主表面37a是光導(dǎo)37的發(fā)光面。在光導(dǎo)37中，與主表面37a相反的后表面37b是由如Al等制成的金屬薄膜35，反射白光L4。光導(dǎo)37的后表面37b被用作反射表面，反射由藍(lán)光和黃光所組成的白光L4。
LED 1d所發(fā)出的白光L4通過光導(dǎo)37的內(nèi)部，一部分被金屬薄膜35反射，并到達(dá)光導(dǎo)37的主表面37a。此時，這些白光L4在光導(dǎo)37的內(nèi)部發(fā)生擴(kuò)散。這樣，白光L4就會在主表面37a(發(fā)光面)上實現(xiàn)近似均勻的發(fā)射，光導(dǎo)37進(jìn)行面發(fā)射。
根據(jù)本實施例，半導(dǎo)體發(fā)光器件2b具有以下效果。首先，由于從LED 1d的半導(dǎo)體疊片6的側(cè)面發(fā)出的光出現(xiàn)在光導(dǎo)37的側(cè)面，所以光導(dǎo)37可以與半導(dǎo)體疊片6具有相同的厚度。這樣，與如背光等傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光器件相比，可以減小光導(dǎo)37的厚度。
為了比較，圖12B示出了傳統(tǒng)背光的截面圖。如圖12B所示，傳統(tǒng)背光110包括以光導(dǎo)113和面發(fā)射LED 114。將LED 114附加到光導(dǎo)113的側(cè)面上，從而使作為發(fā)光面的主表面114a對著光導(dǎo)113的側(cè)面。將磷光體112附加在光導(dǎo)113的后表面113b上，當(dāng)LED114所發(fā)出的藍(lán)光L7的一部分照射到磷光體112上時，磷光體112產(chǎn)生黃光L8。在光導(dǎo)113的主表面113a上設(shè)置擴(kuò)散層115，從而使藍(lán)光L7和黃光L8在擴(kuò)散層115中擴(kuò)散，以產(chǎn)生白光L9。
在圖12B所示的傳統(tǒng)背光110中，由于厚度必須對應(yīng)于LED 114作為發(fā)光面的主表面114a的寬度，所以光導(dǎo)113的厚度相對較大。此外，磷光體112被設(shè)置在光導(dǎo)113的后表面上，這就更增大了背光110的厚度。近年來，如移動電話等含有LCD的電子設(shè)備正在越來越小型化，這就需要開發(fā)更薄的LCD背光。根據(jù)本實施例，可以減小半導(dǎo)體發(fā)光器件2b中的光導(dǎo)37的厚度，從而有助于實現(xiàn)含有LCD的設(shè)備的小型化。
此外，由于根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件2b包括具有與實施例1中LED 1相同的結(jié)構(gòu)的LED 1d，所以被后表面37b反射且從主表面37a(發(fā)光面)發(fā)射出來的白光L4具有穩(wěn)定的色調(diào)。盡管本實施例所描述的半導(dǎo)體發(fā)光器件2b只包含一個LED 1d，但同樣也可以在光導(dǎo)37的側(cè)面附加具有共同發(fā)光方向的多個LED。
根據(jù)本發(fā)明的LED以及半導(dǎo)體發(fā)光器件并不僅限于上述實施例和修改例，在此之外還可以進(jìn)行多種修改。例如，盡管上述所有實施例中的LED都是用GaN基化合物來作為襯底的，但襯底并不局限于該材料，還可以由其它導(dǎo)電化合物制成，例如SiC、AlN、Si等。
此外，用作反射層和反射薄膜的材料也不局限于金屬；還可以使用其它材料，例如折射率被調(diào)整成可以反射光的光子晶體。還可以沿厚度方向在磷光片的側(cè)面設(shè)置附加反射薄膜，從而可以防止光從磷光片的側(cè)面泄漏出去，并從而進(jìn)一步穩(wěn)定了白光的色調(diào)。
這里用來描述本發(fā)明的僅僅是優(yōu)選實施例。然而，顯而易見的是，在不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，根據(jù)前面的描述，可以進(jìn)行多種改變和修改。此外，前面對根據(jù)本發(fā)明的實施例的描述只是示例性的，并非用來限制由權(quán)利要求及其等價內(nèi)容所確定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，具有由氮化物半導(dǎo)體組成的半導(dǎo)體疊片，包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層，用于發(fā)射第一波段的光；設(shè)置在所述疊片的與所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第一光學(xué)反射層；設(shè)置在所述疊片的與所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第二光學(xué)反射層；以及設(shè)置在所述半導(dǎo)體疊片側(cè)面的磷光體，用于接收所述第一波段的光，并發(fā)射第二波段的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述半導(dǎo)體疊片還具有位于所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第一光學(xué)反射層之間的、由GaN基化合物構(gòu)成的襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述磷光體是被粘合到所述半導(dǎo)體疊片的所述側(cè)面上的磷光片。
4.一種發(fā)光二極管，具有由氮化物半導(dǎo)體組成的半導(dǎo)體疊片，該半導(dǎo)體疊片包括第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層以及設(shè)置在所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層之間的有源層，用于發(fā)射第一波段的光；設(shè)置在所述疊片的與所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第一光學(xué)反射層；以及設(shè)置在所述疊片的與所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層的面向所述有源層的表面相反的表面上的第二光學(xué)反射層；其中所述半導(dǎo)體疊片還包括由GaN基化合物構(gòu)成的襯底，所述襯底位于所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和所述第一光學(xué)反射層之間，以及所述襯底包括發(fā)光源，用于接收第一波段的光，并發(fā)射第二波段的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一個所述的發(fā)光二極管，其特征在于還具有設(shè)置在所述半導(dǎo)體疊片除發(fā)光面以外的多個側(cè)面中的一個側(cè)面上的光學(xué)反射膜。
6.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于沿層壓方向排列根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一個所述的發(fā)光二極管。
7.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，配備有至少一個根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一個所述的發(fā)光二極管，所述半導(dǎo)體發(fā)光器件還具有矩形光導(dǎo)，具有光提取表面；光學(xué)反射表面，位于光導(dǎo)的與所述光提取表面相反的一側(cè)，用于反射第一和第二波段的光；以及側(cè)表面，與所述光提取表面延伸的方向以及與所述反射表面延伸方向相交；其中將所述發(fā)光二極管安裝在所述光導(dǎo)上，從而使所述半導(dǎo)體疊片的所述側(cè)面與所述光導(dǎo)的所述側(cè)面彼此相對。
全文摘要
一種發(fā)光二極管(1)具有半導(dǎo)體疊片(6)、光學(xué)反射層(17)和(19)、光學(xué)反射薄膜(25)以及磷光片(27)。疊片(6)由按順序?qū)盈B在襯底(7)上的n型包層(9)、有源層(11)、p型包層(13)以及p型接觸層(15)形成。光學(xué)反射層(17)和(19)分別位于p型接觸層(15)上和襯底(7)的背面(7b)上。光學(xué)反射薄膜(25)位于疊片(6)的三個側(cè)面上。將磷光片(27)安裝在疊片(6)不具有光學(xué)反射薄膜(25)的側(cè)面上。在每個光學(xué)反射層反射從有源層(11)輸出的藍(lán)光(L1)，然后聚集在設(shè)置有磷光片(27)的側(cè)面上。一部分藍(lán)光(L1)在磷光片(27)中變成黃光(L2)，并發(fā)出由藍(lán)光(L1)和黃光(L2)組成的白光。
文檔編號F21V8/00GK1619849SQ200410094689
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者齊藤裕久, 廣瀨義幸, 永井陽一, 北林弘之, 池田亞矢子 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社