專利名稱：白光發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白光發(fā)射裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種將具有發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的至少兩個(gè)活性區(qū)形成為單一裝置的整體白光發(fā)射裝置，及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，采用發(fā)光二極管(LED)的白光發(fā)射裝置可以確保高亮度和高效率，因此被廣泛用作照明設(shè)備或顯示設(shè)備的背景光。
已知用于形成白光發(fā)射裝置的廣泛采用的方法包括作為單獨(dú)的LED制造的藍(lán)色、紅色和綠色LED的簡(jiǎn)單組合以及使用熒光物質(zhì)。在同一印刷電路板上每種不同顏色的LED的組合需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路，因此導(dǎo)致了相伴隨的缺點(diǎn)就是難以小型化。因此，通常所使用的是通過(guò)熒光物質(zhì)制造白光發(fā)射裝置的方法。
通過(guò)熒光物質(zhì)制造白光發(fā)射裝置的傳統(tǒng)方法包括使用藍(lán)光發(fā)射裝置和使用紫外光發(fā)射裝置。例如，在使用藍(lán)光發(fā)射裝置的情況下，利用YAG熒光物質(zhì)將藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)榘坠?。也就是說(shuō)，由藍(lán)色LED產(chǎn)生的藍(lán)色波長(zhǎng)激發(fā)釔鋁石榴石(YAG)用以最終產(chǎn)生白光。
然而，剛剛描述的傳統(tǒng)方法在獲得良好的顏色方面具有局限性，原因是熒光粉會(huì)不利地影響裝置性能，并且在激發(fā)熒光物質(zhì)時(shí)光效率和彩色補(bǔ)償系數(shù)會(huì)降低。
在試圖解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，對(duì)于涉及整體白光發(fā)射裝置的方法的研究非?；钴S，該裝置具有多個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)而沒(méi)有熒光物質(zhì)。如整體白光發(fā)射裝置的一種類型，美國(guó)專利第5,684,309號(hào)(于1997年11月4日被授予專利權(quán)，轉(zhuǎn)讓給北卡羅來(lái)那州州立大學(xué))公開(kāi)了如圖1所示的白光發(fā)射裝置。
如圖1所示，白光發(fā)射裝置10包括形成在具有緩沖層12的基底11上的第一導(dǎo)電型氮化物層13和第二氮化物層18，緩沖層12介于基底11和第一導(dǎo)電型氮化物層13之間。在第一和第二導(dǎo)電型氮化物層13、18之間，存在發(fā)射3種不同波長(zhǎng)的光的第一、第二、和第三活性層15、16、17，以及阻擋層14a、14b、14c、14d。并且，在第一和第二導(dǎo)電型氮化物層13、18上，設(shè)置有第一和第二電極19a、19b。
在如圖1所示的結(jié)構(gòu)中，例如，第一至第三活性區(qū)15、16、17具有可以用InxGa1-xN(x為變量)表示的組成，以便分別發(fā)射藍(lán)光、綠光和紅光。從每個(gè)活性區(qū)15、16、17獲得的藍(lán)光、綠光和紅光可以組合在一起，用以最終產(chǎn)生想要得到的白光。
但是在所引用的參考文獻(xiàn)中公開(kāi)的白光發(fā)射裝置的發(fā)光效率不高，并且用于獲得白光的三種顏色不是均勻分布的。這是因?yàn)槿鐖D2所示，發(fā)射紅光的活性區(qū)17具有比發(fā)射藍(lán)光和綠光的活性區(qū)15、16的禁帶寬度Eg1、Eg2低得多的禁帶寬度Eg3。例如，發(fā)射藍(lán)光和綠光的活性區(qū)15、16的禁帶寬度Eg1、Eg2分別約為2.7eV、2.4eV，而發(fā)射紅光的活性區(qū)17的禁帶寬度Eg3僅為較低水平的約1.8eV。
同樣地，長(zhǎng)波長(zhǎng)的活性區(qū)17的低禁帶寬度Eg3導(dǎo)致載流子局部化(carrier localization)，原因在于由第二導(dǎo)電型氮化物層18提供的載流子不能通過(guò)發(fā)射紅光的活性區(qū)17。因此，大多數(shù)載流子被限制在發(fā)射紅光的活性區(qū)17內(nèi)而轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，從而幾乎不可能到達(dá)發(fā)射藍(lán)光和綠光的活性區(qū)15、16。在第二導(dǎo)電型氮化物層18為p-型氮化物層時(shí)這種局部化加劇，原因在于被限制在發(fā)射紅光的活性區(qū)17內(nèi)的載流子具有低于電子的遷移率。
由于長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)所致的載流子的限制，傳統(tǒng)的白光發(fā)射裝置具有很低的短波長(zhǎng)活性區(qū)的復(fù)合效率。因此白光不能通過(guò)適當(dāng)?shù)念伾植紒?lái)獲得。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決前述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題完成了本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是提供一種新穎的可以提高短波長(zhǎng)活性區(qū)的復(fù)合效率的整體發(fā)光裝置，該復(fù)合效率的提高是通過(guò)使多個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的活性區(qū)中的長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)具有不連續(xù)的結(jié)構(gòu)(如量子點(diǎn)或量子晶體)而不是連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)該目的的一方面，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，該裝置包括第一和第二導(dǎo)電型氮化物層；以及發(fā)射不同波長(zhǎng)的光并依次形成在該第一和第二導(dǎo)電型氮化物層之間的多個(gè)活性區(qū)，其中該活性區(qū)包括至少一個(gè)具有多個(gè)第一量子阻擋層和第一量子勢(shì)阱層的第一活性區(qū)，以及發(fā)射波長(zhǎng)大于該第一活性區(qū)發(fā)射波長(zhǎng)的光的第二活性區(qū)，并且其中第二活性區(qū)具有多個(gè)第二量子阻擋層和至少一個(gè)形成在該多個(gè)第二量子阻擋層之間的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)分別包括多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射可以導(dǎo)致載流子的限制的長(zhǎng)波長(zhǎng)的第二活性區(qū)具有包括量子點(diǎn)或量子晶體的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。這充分提高了提供給發(fā)射短波長(zhǎng)的第一活性區(qū)的載流子注入效率。
構(gòu)成該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體優(yōu)選具有為相應(yīng)的第二量子阻擋層的表面的總面積的20％到75％的總面積。如果該量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的總面積小于20％，就不能保證足夠的亮度，同時(shí)如果該面積大于75％，則發(fā)射短波長(zhǎng)的第一活性區(qū)的復(fù)合效率就不能充分提高。
優(yōu)選地，第二活性區(qū)包括至少4個(gè)量子阻擋層和至少3個(gè)形成在至少4個(gè)量子阻擋層之間的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都分別包括多個(gè)形成在至少4個(gè)量子阻擋層之間的量子點(diǎn)或量子晶體。由此通過(guò)該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)可以保證足夠的亮度。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，第一活性區(qū)包括2個(gè)活性層，一個(gè)活性層發(fā)射約450到475nm波長(zhǎng)的光，另一個(gè)活性層發(fā)射約510到535nm波長(zhǎng)的光。第二活性區(qū)適合于發(fā)射約600到635nm波長(zhǎng)的光。也就是說(shuō)，第一活性區(qū)的兩個(gè)活性層分別發(fā)射藍(lán)色和綠色波長(zhǎng)的光，而第二活性區(qū)適于發(fā)射紅光，因此最終產(chǎn)生白光輸入。
在本發(fā)明的另一具體實(shí)施例中，第一活性區(qū)可能適于發(fā)射約450到475nm波長(zhǎng)的光，而該第二活性區(qū)可能適合于發(fā)射約550到600nm波長(zhǎng)的光。也就是說(shuō)，第一活性區(qū)適于發(fā)射偏向綠色的藍(lán)色波長(zhǎng)的光，而第二活性區(qū)適于發(fā)射黃色波長(zhǎng)的光，因此最終產(chǎn)生白光。
根據(jù)本發(fā)明，第一活性區(qū)具有可用Inx1Ga1-x1N表示的組成，其中0≤x1≤1。如本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例所示，當(dāng)形成2個(gè)活性層時(shí)，In的含量(x1)可以充分地變化用以提供發(fā)射希望波長(zhǎng)的光的活性層。
另外，第二活性層具有可用Inx2Ga1-x2N(0＜x2≤1)表示的組成。在這種情況下，為了解決由In含量增加產(chǎn)生的晶體降解和波長(zhǎng)變化，該第二活性區(qū)的不連續(xù)量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有可用AlyInzGa1-(y+z)N或(AlvGa1-v)uIn1-uP表示的組成，其中0＜y＜1、0＜z＜1、0≤v≤1、而0≤u≤1。
在第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層包括n-型氮化物半導(dǎo)體層，而第二導(dǎo)電型氮化物層包括p-型氮化物半導(dǎo)體層的情況下，第二活性區(qū)與該第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層相鄰設(shè)置。此外，當(dāng)該第一活性區(qū)包括發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的多個(gè)層時(shí)，該第一和第二活性區(qū)以這樣的方式設(shè)置以使具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的活性區(qū)或活性層更鄰近于該第二導(dǎo)電型氮化物層設(shè)置。
尤其是，當(dāng)該第二活性區(qū)具有可用AlyInzGa1-(y+z)N或(AlvGa1-v)uIn1-uP(其中0＜y＜1、0＜z＜1、0≤v≤1、而0≤u≤1)表示的組成時(shí)，優(yōu)選應(yīng)該考慮的是在沉積過(guò)程中的生長(zhǎng)溫度以使該第二活性區(qū)的形成遲于第一活性區(qū)。


通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1為傳統(tǒng)的白光發(fā)射裝置的剖面圖；圖2為示出了傳統(tǒng)的白光發(fā)射裝置的活性區(qū)的能帶的視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的白光發(fā)射裝置的剖面圖；圖4a和圖4b為示出了該白光發(fā)射裝置的活性區(qū)的能帶的俯視圖；圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明的活性區(qū)中所用的不連續(xù)的量子結(jié)構(gòu)的表面透視圖；圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明的另一具體實(shí)施例的白光發(fā)射裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖3為本發(fā)明的白光發(fā)射裝置的剖面圖。
參照?qǐng)D3，白光發(fā)射裝置30包括形成在具有緩沖層32的基底31上的第一導(dǎo)電型氮化物層33和第二導(dǎo)電型氮化物層38，緩沖層32置于基底31和第一導(dǎo)電型氮化物層33之間，以及存在于第一和第二導(dǎo)電型氮化物層33、38之間的發(fā)射藍(lán)色、綠色和紅色波長(zhǎng)的光的活性區(qū)35、36、37。
藍(lán)光和綠光活性區(qū)35、36包括典型的連續(xù)層，并且可以包括具有多個(gè)量子勢(shì)阱層和量子阻擋層的復(fù)合量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)(未示出)。此外，藍(lán)光和綠光活性區(qū)35、36可以具有量子勢(shì)阱層，一個(gè)發(fā)射約450到475nm波長(zhǎng)的光，另一個(gè)發(fā)射510到535nm波長(zhǎng)的光。優(yōu)選地，藍(lán)光和綠光活性區(qū)35、36具有由Inx1Ga1-x1N表示的具有不同銦含量(x1)的組成，其中0≤x1≤1。
根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例，發(fā)射紅光的活性區(qū)37包括4個(gè)量子阻擋層37a和3個(gè)不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b，量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b由多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體形成，并且分別形成在該4個(gè)量子阻擋層之間。在本說(shuō)明書(shū)中，該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)是指具有多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體的結(jié)構(gòu)，該量子點(diǎn)或量子晶體設(shè)置在整個(gè)區(qū)域上，但不包括具有在整個(gè)表面上連續(xù)生長(zhǎng)的全部層狀結(jié)構(gòu)的量子勢(shì)阱層。在平面上的量子點(diǎn)或量子晶體37b夾在發(fā)射紅光的活性區(qū)37的兩個(gè)阻擋層之間。也就是說(shuō)，阻擋層37a提供了量子點(diǎn)或量子晶體37b在那里生長(zhǎng)的表面，并且用作下面的量子點(diǎn)或量子晶體37b的覆蓋層(capping layer)。
本發(fā)明中的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b，或者多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體提供了發(fā)射紅光的量子勢(shì)阱。也就是說(shuō)，結(jié)構(gòu)37b是由發(fā)射約600到635nm波長(zhǎng)的光的半導(dǎo)體材料制成的。發(fā)射紅光的活性區(qū)37的阻擋層37a和不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b可以具有以Inx2Ga1-x2N表示的具有不同組成的組合物，其中0＜x2≤1。例如，發(fā)射紅光的活性區(qū)37可以由GaN量子阻擋層和In0.7Ga0.3N量子點(diǎn)形成。然而，In含量的較大份額降低了結(jié)晶度，并且由于相分離造成不希望的波長(zhǎng)變化。因此，用于發(fā)射紅光的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b應(yīng)該優(yōu)選具有以AlyInzGa1-(y+z)N或(AlvGa1-v)uIn1-uP表示的組成，其中0＜y＜1、0＜z＜1、0≤v≤1、而0≤u≤1。
第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層33可以為n-型氮化物半導(dǎo)體層，而第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層38可以為p-型氮化物半導(dǎo)體層。在這種情況下，如本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例所示，發(fā)射紅光的活性區(qū)37優(yōu)選與第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層38相鄰設(shè)置。并且，發(fā)射藍(lán)光和綠光的活性區(qū)35、36優(yōu)選以這樣的方式設(shè)置，以使具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的任何活性區(qū)更鄰近于第二導(dǎo)電型氮化物層38設(shè)置。這是由于工藝操作條件(如生長(zhǎng)溫度)的原因，并且將在圖5中更詳細(xì)地介紹。
根據(jù)本發(fā)明，包括量子點(diǎn)或量子晶體的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b可以直接為發(fā)射綠光的活性區(qū)36提供從第二導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層38注入的載流子(如空穴)。
也就是說(shuō)，如圖4a所示，在載流子通過(guò)具有量子點(diǎn)或量子晶體37b的區(qū)域的載流子通路A-A’中，形成了類似于圖2中所示的傳統(tǒng)能帶的能帶。在這種情況下，從第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層33注入的載流子通過(guò)發(fā)射紅光的活性區(qū)37的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b，由此導(dǎo)致了充分的紅光發(fā)射。
同時(shí)，如圖4b所示，在載流子通過(guò)沒(méi)有量子點(diǎn)或量子晶體37b的區(qū)域的載流子通路B-B’中，從第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層33注入的載流子僅通過(guò)發(fā)射紅光的活性區(qū)域中沒(méi)有量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的類似GaN的量子阻擋層37a。這降低了載流子被局限在發(fā)射紅光的長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)37的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b中的可能性，從而提高了在發(fā)射綠光或藍(lán)光的短波長(zhǎng)活性區(qū)35、36中的載流子摻雜效率。
發(fā)射紅光的活性區(qū)37仍然比發(fā)射藍(lán)光或綠光的連續(xù)的活性區(qū)35、36具有更低的光發(fā)射效率，原因在于它的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，如本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例所示，發(fā)射紅光的活性區(qū)37優(yōu)選包括至少4個(gè)量子阻擋層37a和至少3個(gè)不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)37b。
圖5為示出了在第一活性區(qū)中所采用的不連續(xù)的量子結(jié)構(gòu)的表面的透視圖。圖5可以被理解為示出了一種量子點(diǎn)形成在類似于圖4的發(fā)光裝置的制造過(guò)程中的狀態(tài)。
如圖5所示，緩沖層52、第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層53、發(fā)射藍(lán)光的活性區(qū)55和發(fā)射綠光的活性區(qū)56依次形成在基底51上，隨后將發(fā)射紅光的活性區(qū)57形成于其上。發(fā)射紅光的活性區(qū)57是通過(guò)形成不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)57b(如量子阻擋層57a、量子點(diǎn)或量子晶體)的過(guò)程而形成的。
如上所述的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)57b，具有以Inx2Ga1-x2N表示的組成，其中0＜x2≤1，但是優(yōu)選具有以AlyInzGa1-(y+z)N或(AlvGa1-v)uIn1-uP表示的組成，其中0＜y＜1、0＜z＜1、0≤v≤1、而0≤u≤1。不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)57b可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法容易地形成。
此外，如本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例所示，長(zhǎng)波長(zhǎng)的活性區(qū)或發(fā)射紅光的活性區(qū)57優(yōu)選在形成發(fā)射其它波長(zhǎng)的光的活性區(qū)55、56之后形成。尤其是在形成AlInGaN不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)57b的情況下，應(yīng)該考慮生長(zhǎng)溫度以使結(jié)構(gòu)57b的形成遲于其它活性區(qū)55、56。因此由于通常p-型氮化物半導(dǎo)體層置于頂部，所以在該發(fā)光裝置中發(fā)射紅光的活性區(qū)57與該p-型氮化物半導(dǎo)體層相鄰，而發(fā)射藍(lán)光和綠光的活性區(qū)55、56優(yōu)選以這樣的方式設(shè)置，以使具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的任何活性區(qū)更鄰近于該p-型氮化物半導(dǎo)體層設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明，在具有不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)57b的發(fā)射紅光的活性區(qū)57中，優(yōu)選的是該區(qū)域的較大份額(部分)不具有任何不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)以減少載流子的局限。但是如果該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)不存在于該區(qū)域的很小的份額中，就不能充分地確保發(fā)射紅光的短波長(zhǎng)活性區(qū)57的光發(fā)射效率。因此優(yōu)選地，該多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體具有為相應(yīng)的第二量子阻擋層頂面的總面積ST的20％到75％的總面積∑Sd?？梢酝ㄟ^(guò)控制生長(zhǎng)過(guò)程期間的溫度和時(shí)間并由此適當(dāng)?shù)乜刂屏孔狱c(diǎn)或量子晶體的尺寸和密度來(lái)獲得具有多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體的該面積。
如上所述的具體實(shí)施例示出了3個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)，但是本發(fā)明并不局限于此。也就是說(shuō)，本發(fā)明的范圍包括具有2個(gè)活性區(qū)或至少4個(gè)活性區(qū)的光發(fā)射裝置。例如，如圖6所示，本發(fā)明可以被構(gòu)造為具有2個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)的發(fā)光裝置。
參照?qǐng)D6，類似于圖3的白光發(fā)射裝置60，包括形成在具有緩沖層62的基底61上的第一導(dǎo)電型氮化物層63和第二導(dǎo)電型氮化物層68，該緩沖層62置于基底61和第一導(dǎo)電型氮化物層63之間，以及形成于第一和第二導(dǎo)電型氮化物層63、68之間的發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的第一和第二活性區(qū)65、67。為了發(fā)射白光，第一活性區(qū)65適于發(fā)射約450到475nm波長(zhǎng)的光，而第二活性區(qū)67適于發(fā)射約550到約600nm波長(zhǎng)的光。
第一活性區(qū)65為典型的連續(xù)層，并且具有以Inx1Ga1-x1N表示的組成，其中0≤x1≤1。此外，第一活性區(qū)65具有由多個(gè)量子勢(shì)阱層和量子阻擋層形成的復(fù)合量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)(未示出)。同時(shí)第二活性區(qū)67可以包括3個(gè)量子阻擋層67a和2個(gè)不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)67b，該量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)由多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體形成并且分別形成在3個(gè)量子阻擋層67a之間。在這種情況下，第二活性區(qū)67的阻擋層67a和不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)67b可以具有以Inx2Ga1-x2N表示的具有不同組成的組合物，其中0＜x2≤1。優(yōu)選地，量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)67b具有以AlyInzGa1-(y+z)N或(AlvGa1-v)uIn1-uP表示的組成，其中0＜y＜1、0＜z＜1、0≤v≤1、而0≤u≤1。
同樣地，相對(duì)于2個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)，該不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)可以用在發(fā)射長(zhǎng)波長(zhǎng)的第二活性區(qū)中。由此防止了存在于該第二活性區(qū)中的載流子的局限并且提高了第一活性區(qū)的光發(fā)射效率。這導(dǎo)致了該第一和第二活性區(qū)的充足的顏色分布以便結(jié)合成白光。
相對(duì)于傳統(tǒng)的多個(gè)連續(xù)的活性區(qū)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供了一種在長(zhǎng)波長(zhǎng)的活性區(qū)中采用不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)的方法，以便減少發(fā)生在該長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)中的載流子局部化。因此，如上所述，對(duì)于該活性區(qū)的數(shù)目或該白光發(fā)射裝置沒(méi)有限制。在該通過(guò)結(jié)合至少2個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)來(lái)形成的特定的半導(dǎo)體發(fā)光裝置中，本發(fā)明包括僅選擇用不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)(如量子點(diǎn)或量子晶體)替代造成載流子局部化的長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)的所有類型的發(fā)光裝置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種能夠提高短波長(zhǎng)活性區(qū)的復(fù)合效率的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。這通過(guò)從至少2個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)中僅選出導(dǎo)致載流子局限化的長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)，以便將該長(zhǎng)波長(zhǎng)活性區(qū)用不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)(如量子點(diǎn)或量子晶體)替代，從而使復(fù)合效率的提高成為可能。更具體而言，本發(fā)明能夠相對(duì)平均在不同波長(zhǎng)的活性區(qū)中的顏色分布，因此可以用于制造通過(guò)特定波長(zhǎng)的組合而具有高效性的整體白光發(fā)射裝置。
雖然連同優(yōu)選的實(shí)施例已經(jīng)展示并描述了本發(fā)明，但是很明顯，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化而不偏離如所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種氮化物發(fā)光裝置，包括第一和第二導(dǎo)電型氮化物層；以及發(fā)射不同波長(zhǎng)的光并依次形成在所述第一和第二導(dǎo)電型氮化物層之間的多個(gè)活性區(qū)，其中，所述活性區(qū)包括至少一個(gè)具有多個(gè)第一量子阻擋層和第一量子勢(shì)阱層的第一活性區(qū)，以及發(fā)射波長(zhǎng)大于所述第一活性區(qū)的波長(zhǎng)的光的第二活性區(qū)，并且其中，所述第二活性區(qū)具有多個(gè)第二量子阻擋層和至少一個(gè)形成在所述多個(gè)第二量子阻擋層之間的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，所述不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)分別包括多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體具有為相應(yīng)的第二量子阻擋層的頂面總面積的20％到75％的總面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第二活性區(qū)包括至少4個(gè)量子阻擋層和形成在所述至少4個(gè)量子阻擋層之間的至少3個(gè)不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)，所述不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)都分別包括多個(gè)形成在所述至少4個(gè)量子阻擋層之間的量子點(diǎn)或量子晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一活性區(qū)適于發(fā)射約450到475nm波長(zhǎng)的光，而所述第二活性區(qū)適于發(fā)射約550到600nm波長(zhǎng)的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一活性區(qū)包括2個(gè)活性層，一個(gè)發(fā)射約450到475nm波長(zhǎng)的光，而另一個(gè)發(fā)射約510到535nm波長(zhǎng)的光，并且其中所述第二活性區(qū)適于發(fā)射約600到635nm波長(zhǎng)的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一導(dǎo)電型氮化物層包括n-型氮化物半導(dǎo)體層，而所述第二導(dǎo)電型氮化物層包括p-型氮化物半導(dǎo)體層，并且其中所述第二活性區(qū)與所述第二導(dǎo)電型氮化物層相鄰設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層包括n-型氮化物半導(dǎo)體層，而所述第二導(dǎo)電型氮化物層包括p-型氮化物半導(dǎo)體層，所述第一活性區(qū)包括發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的多個(gè)層，并且其中所述第一和第二活性區(qū)以這樣的方式設(shè)置以使具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的活性區(qū)或活性層更鄰近于所述第二導(dǎo)電型氮化物層設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一活性區(qū)具有以Inx1Ga1-x1N表示的組成，其中0≤x1≤1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第二活性區(qū)具有以Inx2Ga1-x2N表示的組成，其中0＜x2≤1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一導(dǎo)電型氮化物半導(dǎo)體層包括n-型氮化物半導(dǎo)體層，而所述第二導(dǎo)電型氮化物層包括p-型氮化物半導(dǎo)體層，所述第一活性區(qū)包括發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的多個(gè)層，并且其中所述第一和第二活性區(qū)以這樣的方式設(shè)置以使具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的活性區(qū)或活性層更鄰近于所述第二導(dǎo)電型氮化物層設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第二活性區(qū)的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)具有以AlyInzGa1-(y+z)N或(AlvGa1-v)uIn1-uP表示的組成，其中0＜y＜1、0＜z＜1、0≤v≤1、而0≤u≤1。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一導(dǎo)電型氮化物層包括n-型氮化物半導(dǎo)體層，而所述第二導(dǎo)電型氮化物層包括p-型氮化物半導(dǎo)體層，并且其中所述第二活性區(qū)更鄰近于所述第二導(dǎo)電型氮化物層設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氮化物發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括第一和第二導(dǎo)電型氮化物層以及多個(gè)發(fā)射不同波長(zhǎng)的光的活性區(qū)。該活性區(qū)依次形成在該第一和第二導(dǎo)電型氮化物層之間。該活性區(qū)包括至少一個(gè)具有多個(gè)第一量子阻擋層和量子勢(shì)阱層的第一活性區(qū)，以及發(fā)射波長(zhǎng)大于該第一活性區(qū)的波長(zhǎng)的光的第二活性區(qū)。該第二活性區(qū)具有多個(gè)第二量子阻擋層和至少一個(gè)形成在多個(gè)第二量子阻擋層之間的不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)。不連續(xù)的量子勢(shì)阱結(jié)構(gòu)包括多個(gè)量子點(diǎn)或量子晶體。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1893128SQ20061000296
公開(kāi)日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者金敏浩, 閔庚瀷, 小池正好 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社