專利名稱：包含發(fā)光陶瓷和光散射材料的發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
包含發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)、垂直腔 激光二極管(VCSEL)以及邊發(fā)射激光器的半導(dǎo)體發(fā)光裝置是目前可 獲得的最高效的光源之一。在能夠于可見(jiàn)光譜工作的高亮度發(fā)光裝置 的制造中，當(dāng)前感興趣的材料體系包含III-V族半導(dǎo)體，特別是鎵、鋁、 銦和氮的二元、三元以及四元合金，也稱為III族氮化物材料。典型地， III族氮化物發(fā)光裝置通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD )、分子束 外延(MBE)或其它外延技術(shù)在藍(lán)寶石、碳化硅、III族氮化物或其它 合適基板上外延生長(zhǎng)不同成份和摻雜濃度的半導(dǎo)體層的疊層來(lái)制作。 該疊層經(jīng)常包含形成于基板上的摻雜有例如Si的一層或多層n型層， 形成于該一層或多層n型層上的有源區(qū)內(nèi)的一層或多層發(fā)光層，以及 形成于該有源區(qū)上的摻雜有例如Mg的一層或多層p型層。電接觸形 成于n型區(qū)域和p型區(qū)域上。
由于III族氮化物裝置發(fā)射的光通常位于可見(jiàn)光譜的較短波長(zhǎng)端， 由III族氮化物裝置產(chǎn)生的光可以容易地轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的 光。本領(lǐng)域公知，利用已知為發(fā)光(luminescence)/熒光的過(guò)程，具有 第一峰值波長(zhǎng)的光(初級(jí)光)可以轉(zhuǎn)換成具有較長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)的光(次 級(jí)光)。熒光過(guò)程涉及通過(guò)諸如磷光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料吸收初級(jí)光并激 勵(lì)該磷光體材料的發(fā)光中心，該發(fā)光中心發(fā)射該次級(jí)光.次級(jí)光的峰 值波長(zhǎng)將依賴于該磷光體材料。磷光體材料的類型可以選擇為產(chǎn)生具 有特定峰值波長(zhǎng)的次級(jí)光.
磷光體可以通過(guò)多種方式布置于由LED發(fā)射的光的路徑內(nèi)。美國(guó) 專利6,351,069描述了 一種覆蓋了混合有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的透明樹(shù)脂層的 III族氮化物L(fēng)ED管芯。美國(guó)專利6，630，691描述了單晶發(fā)光基板上的 LED裝置的生長(zhǎng)。美國(guó)專利6,696,703描述了布置于LED上方的薄膜磷光體層的使用。多個(gè)專利描述了在LED上形成共形磷光體層，例如， 如美國(guó)專利6,576,488中所述，通過(guò)電泳沉積；或者如美國(guó)專利6,650,044 中所述，通過(guò)鏤花涂裝(stenciling ).許多這些磷光體層脆弱且難以處 理，并且不能容忍由LED產(chǎn)生的高溫和高通量環(huán)境。此外，難以或無(wú) 法通過(guò)一些工藝形成多層磷光體層，
上述磷光體層的備選則是如通過(guò)引用結(jié)合于此的美國(guó)專利申請(qǐng)公 開(kāi)2005-0269582中更詳細(xì)描述的形成于陶瓷板內(nèi)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的使 用。其中描述的發(fā)光陶瓷板通常是與半導(dǎo)體裝置分離地形成的自支撐 層，隨后附著到成品半導(dǎo)體裝置或者作為用于該半導(dǎo)體裝置的生長(zhǎng)基 板。發(fā)光陶瓷比前述磷光體層趨于更魯棒。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的陶瓷體布置于由半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)的發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的路徑內(nèi)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含布置于n型 區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光區(qū)域。透明材料層也布置于由該發(fā)光區(qū)域 發(fā)射的光的路徑內(nèi)。該透明材料可將該陶瓷體連接到該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。 配置成散射由該發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的顆粒布置于粘合劑材料層內(nèi)。在 一些實(shí)施例中，該顆粒為磷光體，而在一些實(shí)施例中，該顆粒不是波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。粘合劑中散射顆粒的存在可改善來(lái)自該裝置的復(fù)合光的 外觀均勻性，并可改善該復(fù)合光的色彩特性。


圖l說(shuō)明布置于包含發(fā)光層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方的發(fā)光陶瓷。 圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)包含散射顆粒的透明材料附著 到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的發(fā)光陶瓷。
圖3為封裝的發(fā)光裝置的分解圖。
圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，形成于連接到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的發(fā)光陶 瓷上方的包含散射顆粒的透明材料。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)在施加壓力下加熱常規(guī)粉末磷光體直到磷光體顆粒的表面開(kāi) 始軟化和熔化，可以制作發(fā)光陶瓷層。部分熔化的顆粒粘著在一起，
5形成剛性的顆粒團(tuán)聚物。與光學(xué)方面性能類似于沒(méi)有光學(xué)不連續(xù)的單 個(gè)巨大磷光體顆粒的薄膜不同，發(fā)光陶瓷的性能類似于緊密堆積的單 獨(dú)的磷光體顆粒，使得在不同磷光體顆粒之間的界面存在微小的光學(xué) 不連續(xù)。由于粉末磷光體原料一般具有均勻的組成和摻雜，得到的發(fā) 光陶瓷通常透明、光學(xué)均勻，且在整個(gè)陶瓷板內(nèi)均勻地?fù)诫s有作為發(fā) 光中心的激活摻雜劑。
均勻摻雜的發(fā)光陶瓷的一個(gè)問(wèn)題在于，發(fā)光陶瓷的最小厚度受到 可再現(xiàn)地制造該陶瓷的能力所限制。許多磷光體具有優(yōu)選的摻雜范圍， 磷光體在該范圍內(nèi)高效地吸收和發(fā)射光。在諸如共形層的磷光體布置 中，具有優(yōu)選摻雜水平的磷光體粉末沉積到為了獲得期望數(shù)目的發(fā)光 中心所需的任何厚度，這產(chǎn)生期望數(shù)量的磷光體轉(zhuǎn)換以及來(lái)自發(fā)光二 極管的未轉(zhuǎn)換光的泄露，使得復(fù)合光具有期望的特性。在發(fā)光陶瓷中， 如果在制造能力所要求的最小厚度的陶瓷中使用優(yōu)選摻雜水平的磷光 體粉末則導(dǎo)致太多的發(fā)光中心，并因此導(dǎo)致太多的磷光體轉(zhuǎn)換，制造 能力所要求的厚度會(huì)迫使使用比優(yōu)選水平低得多的摻雜水平。
對(duì)于紅光發(fā)光陶瓷與藍(lán)光二極管及黃光發(fā)光陶瓷組合以制作白色 復(fù)合光的情形，太多的發(fā)光中心導(dǎo)致的上述問(wèn)題尤為嚴(yán)重。制作白色
復(fù)合光只需少量的紅光磷光體；如果使用太多紅光磷光體，復(fù)合光看 上去太紅。在紅光磷光體中發(fā)光中心的優(yōu)選摻雜水平，在20jim厚的發(fā) 光陶瓷層內(nèi)獲得產(chǎn)生期望的紅光發(fā)射所需的期望數(shù)目的發(fā)光中心。然 而，由磷光體形成的發(fā)光陶瓷的最小可制造厚度為100jun。為了在 lO(Him厚的發(fā)光陶瓷中獲得期望數(shù)目的發(fā)光中心，必須使用比期望的 摻雜水平低得多的磷光體粉末來(lái)形成該發(fā)光陶瓷。
透明發(fā)光陶瓷的第二個(gè)問(wèn)題示于圖1。透明發(fā)光陶瓷30連接到發(fā) 光裝置12。從發(fā)光區(qū)域31發(fā)射的兩束光線33和34被示出。由于與光 線34相比，光線33相對(duì)于發(fā)光層表面的法線以更小的角度發(fā)射，光 線33"看到"發(fā)光陶瓷30中更少的磷光體，且更可能從發(fā)光陶瓷30逃 逸而不被磷光體轉(zhuǎn)換。相反，光線34看到發(fā)光陶瓷30中更多的磷光 體，且在從發(fā)光陶瓷30逃逸之前更可能被磷光體轉(zhuǎn)換。結(jié)果，假設(shè)發(fā) 光區(qū)域31發(fā)射藍(lán)光且發(fā)光陶瓷30內(nèi)的磷光體發(fā)射黃光，則從靠近裝 置中心的頂面發(fā)射的光看上去更藍(lán)，而從靠近裝置邊緣的頂面發(fā)射的 光看上去更黃，導(dǎo)致在更藍(lán)的光中心的周圍出現(xiàn)不期望的黃色"光暈"。通過(guò)增加從發(fā)光陶資30的散射，可以減輕或消除圖1所示的黃色 光暈問(wèn)題；也就是說(shuō)，通常通過(guò)在陶瓷制造過(guò)程中加入氣穴使發(fā)光陶 資30半透明而非透明，其中該氣穴用作散射中心。該方法的一個(gè)問(wèn)題 在于，難以控制氣穴的加入。加入太多氣穴會(huì)導(dǎo)致太多的散射，這會(huì) 降低從發(fā)光陶瓷30的提取效率。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖2中以截面圖示出的裝置中，諸 如磷光體的產(chǎn)生散射的材料布置于半導(dǎo)體發(fā)光裝置和發(fā)光陶瓷之間. 在圖2的裝置中，III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在生長(zhǎng)基板(未示出) 上，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含布置于n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光區(qū)域31。 p型區(qū)域和發(fā)光區(qū)域的部分被刻蝕掉以露出n型區(qū)域的部分。通常為反 射性接觸的p接觸和n接觸39及38形成于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的p型和n 型區(qū)域中每一個(gè)的露出部分上。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12經(jīng)由p和n互連42及 41而電學(xué)和物理連接到底座43，該互連可以是例如焊料或金互連。
在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12安裝在底座43上之前、其間或之后，底部填充 材料37可以注入到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12和底座43之間的任意空間內(nèi)。底部 填充材料37支撐半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12以防止或者減輕由于除去生長(zhǎng)基板引 起的破裂或其它損傷。底部填充材料37可以形成為使得側(cè)壁37沿著 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12的邊緣延伸且甚至越過(guò)該邊緣。在除去生長(zhǎng)基板之后， 依據(jù)圖2所示的取向，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12的頂面露出。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12的 表面例如可以通過(guò)光電化學(xué)刻蝕而粗糙化或者紋理化以改善光提取。
發(fā)光陶瓷30附著到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12的頂面。透明材料36層布置在 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12和發(fā)光陶瓷30之間。盡管材料36在此描述為"透明的"， 應(yīng)理解該材料36無(wú)需完全透明，盡管在大多數(shù)實(shí)施例,中該材料36優(yōu) 選地不吸收明顯數(shù)量的光。在一些實(shí)施例中，透明材料36用作粘合劑 以將發(fā)光陶瓷30附著到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12。底部填充材料37的側(cè)壁可包 含透明材料36的橫向范圍。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖4中以截面圖示出的裝置中，產(chǎn) 生散射的材料形成于連接到半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光陶瓷上方。如在圖2 中，在圖4的裝置中，發(fā)光陶瓷例如通過(guò)諸如硅酮、環(huán)氧樹(shù)脂或溶膠 凝膠的透明粘合劑層或者通過(guò)直接晶片鍵合，連接到安裝在底座上的 III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。透明材料36形成于發(fā)光陶瓷30上方。在本 發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖2所示的布置于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12和發(fā)光陶瓷30之間的透明材料層可以與形成于發(fā)光陶瓷上方的透明材料層組合， 如圖4所示。
作為散射中心的顆粒45布置于圖2或圖4的透明材料36內(nèi)。透明 材料36可栽有足夠的顆粒45以引起足夠的散射，從而減輕或者消除 上述的黃色光暈問(wèn)題。透明材料36可具有例如0.5nm至50fim的厚度， 這與厚度一般大于100jim的發(fā)光陶瓷30相反。在一些實(shí)施例中，散射 顆粒45不是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。散射顆粒45選擇為使得透明材料36和散 射顆粒45之間的折射率差盡可能大。例如，透明材料36可具有1.4至 1.5的折射率，如例如環(huán)氧樹(shù)脂或硅酮的情形。散射顆粒可具有1.8至 2.4的折射率，如例如摻雜或未摻雜的￥3人15012或ZnS的情形。折射率 差越小，則必須在透明材料36布置更多的散射顆粒45以獲得給定量 的散射。用于散射顆粒45的合適材料的示例包含諸如￥203的釔氧化 物、鈦氧化物、鍶氧化物和銣氧化物.在一些實(shí)施例中，合適的顆粒 具有0.5k至20k的平均直徑，其中X是該裝置內(nèi)由發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光 的波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，顆粒的合適體積填充因子為透明材料36體 積的10%至50%,且顆粒的合適數(shù)目密度為單位體積一個(gè)顆粒(5X) 3。顆粒尺寸和顆粒數(shù)目密度均依賴于透明材料36和散射顆粒45之間 的折射率差。
在一些實(shí)施例中，散射顆粒45為磷光體顆粒，諸如紅光磷光體顆 粒。合適的紅光磷光體包含eCAS、 BSSNE、 SSONE以及例如包括 CaS:Eu2+和SrS:Eu2+的(Ca^SrOS-Eu2""(其中0<x^l );例如包括 Sr2SisNs:Eu2+的(Sr^.yBaxCay) 2.zSi5_aAlaN8-aOa:Euz2+，其中0^a<5， 0<x^l ， O^y^l且0<z^l。 eCAS為CakAlSiN3:Eux，可以由5.436克Ca3N2 (>98 %純度)、4.099克A1N (99 % )、 4.732克Si3N4 ( >98 %的純度) 和0.176克Eu203( 99.99%的純度)合成。粉末通過(guò)行星式球磨機(jī)混合， 并在1500。C在H2/N2 (5/95% )氣氛內(nèi)煅燒(fired) 4小時(shí)。BSSNE為 Ba2_x_zMxSi5.yAlyN8_yOy:Euz( M=Sr、 Ca; 0《x《l， 0《y《4， 0.0005《z《0.05 )， 可通過(guò)碳熱還原來(lái)合成，其包括使用2-丙醇作為分散劑通過(guò)行星式球 磨機(jī)來(lái)混合60克BaC03、 11.221克SrC03和1.672克Eu203(均為99.99 %的純度)。在干燥之后，混合物在形成氣氛內(nèi)在1000'C煅燒4小時(shí)， 且10克如此得到的Ba08Sr02O:Eu (2% )與5.846克Si3N4 (>98%的 純度)、0.056克A1N ( 99%的純度)及1.060克石墨(微晶等級(jí))混合。粉末通過(guò)20分鐘的行星式球磨機(jī)球磨徹底混合并在形成氣氛內(nèi)在 1450。C煅燒4小時(shí)以獲得Ba2.x.zMxSi5.yAlyN8_yOy:Euz( M=Sr、Ca; 0《x《l ， (Ky《4， 0，0005《z《0.05)的粉末。SSONE可以通過(guò)混合80.36克SrC03 (99.99 %的純度)、20.0克SiN4/3( >98 %的純度)和2.28克Eu203( 99.99 %的純度)并在1200'C在N2/H2 (93/7)氣氛內(nèi)煅燒4小時(shí)制造。這些 紅光磷光體顆?？删哂?.5X至20X的平均顆粒直徑，其中X為該裝置 內(nèi)由該發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的波長(zhǎng)，且透明材料內(nèi)的濃度為0.1至95體 積百分比，更優(yōu)選地10至30體積百分比。
在一個(gè)實(shí)施例中，紅光磷光體的顆粒被包含在透明材料36內(nèi)作為 散射顆粒45。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12的發(fā)光區(qū)域31發(fā)射藍(lán)光。發(fā)光陶瓷包含 在黃色/綠色范圍發(fā)光的磷光體。來(lái)自發(fā)光區(qū)域31的未轉(zhuǎn)換的藍(lán)光與由 發(fā)光陶瓷30發(fā)射的黃/綠光以及由紅光磷光體顆粒45發(fā)射的紅光組合， 使得復(fù)合光看上去為白色。布置于透明材料36內(nèi)的紅光磷光體的數(shù)量 以及紅光磷光體的摻雜水平可以選擇為產(chǎn)生期望數(shù)量的紅光發(fā)射和期 望數(shù)量的散射。如果期望數(shù)量的紅光發(fā)射所需的紅光磷光體數(shù)量不形 成足夠的散射，則除了該紅光磷光體顆粒之外，諸如上述顆粒的非波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換顆?？梢园谕该鞑牧?6內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)期望數(shù)量的散射。
發(fā)光陶資30可由任何合適的磷光體形成。合適的黃光/綠光磷光體 包含通式為(Lin-x于a-bYxGdy)3(Al^Gaz)50u:CeaPrb的鋁石榴石磷光體， 其中0<x<l, 0<y<l， 0<z￡0.1， (XaS0.2且(Xb^0.1，諸如Lu3Al5012:Ce3+ 和 Y3Al5012:Ce3+ ; SrSi2N202:Eu2+ ;
(SrLu+xMguCavBax)(Ga2誦"AlyliizS4) :Eu2+，例如包含SrGa2S4:Eu2+; 以及Sri_xBaxSi04:Eu2+。合適的Y3AlsOu:Ce3+陶瓷可以如下制作在 輥臺(tái)上使用1.5千克高純度氧化鋁球(2mm直徑)在異丙醇內(nèi)球磨40 克Y203 ( 99.998 % )、 32克A1203 ( 99.999 % )和3.44克Ce0212小時(shí)。 干燥的前驅(qū)體粉末隨后在CO氣氛內(nèi)在1300'C焙燒(calcined ) 2小時(shí)。 所得到的YAG粉末隨后使用行星式球磨機(jī)(瑪瑙球)在乙醇下去團(tuán)聚。 隨后粉漿澆注陶瓷漿料，在干燥之后獲得陶瓷生坯。隨后在1700。C在 石墨板之間燒結(jié)該生坯2小時(shí)。
盡管上述兩種磷光體示例包含形成于發(fā)光陶瓷內(nèi)的黃光/綠光磷光 體以及作為散射顆粒包含在透明材料內(nèi)的紅光磷光體，不過(guò)這兩種磷 光體可以顛倒。例如，上述的紅光磷光體之一可以形成于發(fā)光陶瓷內(nèi)并與透明材料層組合，該透明材料層包含上述黃光/綠光磷光體之一作 為散射顆粒。
透明材料36可以是例如諸如環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂或者硅酮的 有機(jī)材料； 一種或多種高折射率無(wú)機(jī)材料；或者溶膠凝膠玻璃。這些 材料可作為粘合劑將發(fā)光陶瓷30附著到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12，如圖2中所示 的裝置。
高折射率材料的示例包含高折射率光學(xué)玻璃，諸如Schott玻璃 SF59、 Schott玻璃LaSF3、 Schott玻璃LaSF N18及其混合物。這些玻 璃可以從賓西法尼亞州 Duryea的 Schott Glass Technologies Incorporated購(gòu)得。其它高折射率材料的示例包舍諸如 (Ge，Sb，Ga)(S，Se)硫?qū)倩锊ＡУ母哒凵渎柿驅(qū)倩锊Ａ?；III-V半導(dǎo) 體，包括但不限于GaP、 InGaP、 GaAs和GaN; II-VI半導(dǎo)體，包括 但不限于ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 CdS、 CdSe和CdTe; IV族半導(dǎo)體和混 合物，包括但不限于Si和Ge;有機(jī)半導(dǎo)體；金屬氧化物，包括但不限 于氧化鴒、氧化鈦、氧化鎳、氧化鋯、氧化銦錫和氧化鉻；金屬氟化 物，包括但不限于氟化鎂和氟化鈣；金屬，包括但不限于Zn、 In、 Mg 和Sn;釔鋁石榴石(YAG);磷化物化合物；砷化物化合物；銻化物化 合物；氮化物化合物；高折射率有機(jī)化合物；及其混合物或合金。使 用高折射率無(wú)機(jī)材料的膠合更詳細(xì)地描述于2000年9月12日提交的專 利申請(qǐng)09/660,317以及2001年6月12日提交的專利申請(qǐng)09/880,204， 此二者結(jié)合于此以作參考。
溶膠凝膠玻璃更詳細(xì)地描述于美國(guó)專利6，642，618，其結(jié)合于此以 作參考。在發(fā)光陶瓷通過(guò)溶膠凝膠玻璃附著到裝置的實(shí)施例中，諸如 鈦、鈰、鉛、鎵、鉍、鈣、鋅、鋇或鋁的氧化物的一種或多種材料可
以包含在Si02溶膠凝膠玻璃內(nèi)以提高玻璃的折射率，從而使玻璃的折
射率更接近地匹配發(fā)光陶瓷以及該發(fā)光陶瓷將附著到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表 面的折射率。
此處所述的發(fā)光陶瓷可以紋理化或成型、研磨、加工、熱沖模、 或者拋光成例如為了提高光提取而期望的形狀。例如，發(fā)光陶瓷可成 形為諸如常形透鏡或菲涅耳透鏡這樣的透鏡，被粗糙化，或者紋理化 為光子晶體結(jié)構(gòu)，諸如形成于陶瓷內(nèi)的周期性孔格子。成形的陶資層 的尺寸可小于、等于或大于所附著到的表面的尺寸。
10圖3為封裝的發(fā)光裝置的分解圖，更詳細(xì)地如美國(guó)專利6,274,924 所描述。熱沉金屬塊100安置在插入成型引線框內(nèi)。該插入成型引線 框例如為成型在金屬框架106 (提供電路徑)周圍的填充塑料材料105。 金屬塊100可包含可選的反射杯102?？梢詾樯鲜鰧?shí)施例中所述的任一 裝置的發(fā)光裝置管芯104直接安裝到金屬塊100，或者通過(guò)導(dǎo)熱底座 103間接地安裝到金屬塊100?？梢蕴砑痈采w件108，該覆蓋件108可 以是光學(xué)透鏡。
已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，鑒于本公開(kāi) 內(nèi)容，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行調(diào)整而不背離此處所述的本發(fā)明概念的精神。 例如，盡管此處的示例涉及III族氮化物發(fā)光二極管，不過(guò)可以理解， 本發(fā)明的實(shí)施例可以擴(kuò)展到其它發(fā)光裝置，包括諸如III族磷化物和III 族砷化物的其它材料體系的裝置以及諸如諧振腔LED、激光二極管以 及垂直腔面發(fā)射激光器的其它結(jié)構(gòu)的裝置。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng) 限于所示出和描述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包含半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)，包含布置于n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光區(qū)域(31)；陶瓷體(30)，包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，所述陶瓷體布置于由所述發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的路徑內(nèi)；以及透明材料(36)層，布置于由所述發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的路徑內(nèi)，其中配置成散射由所述發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的多個(gè)顆粒(45)布置于所述透明材料層內(nèi)。
2. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述透明材料(36)布置于所述半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)(12)和所述陶乾體(30)之間，并將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)連接到 所述陶瓷體。
3. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述陶瓷體(30)布置于所述透明材 料(36)和所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)之間。
4. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述透明材料(36)的厚度小于所述 陶瓷體(30)厚度的50%。
5. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述顆粒(45)的折射率與所述透明 材料(36)的折射率之間的差至少為0.4。
6. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述顆粒(45)選自釔氧化物、鈦氧 化物、鍶氧化物和銣氧化物。
7. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述顆粒(45)具有0.5X至2(R的平 均直徑，其中k為由所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)內(nèi)的發(fā)光區(qū)域(31)發(fā)射 的光的波長(zhǎng)。
8. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述透明材料(36)選自硅酮、環(huán)氧 樹(shù)脂和玻璃.
9. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述透明材料(36)層具有0.5nm至 50[im的厚度。
10. 權(quán)利要求l的裝置，其中所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)包含多層III 族氮化物層。
11. 一種裝置，包含半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12),包含布置于n型區(qū)域和 p型區(qū)域之間的發(fā)光區(qū)域(31);陶瓷體(30)，包含第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料， 所述陶瓷體布置于由所述發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的路徑內(nèi)；以及透明材料(36)層，布置于由所述發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的路徑內(nèi)，其中第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的多個(gè)顆粒(45)布置于所述透明材料層內(nèi)。
12. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述透明材料(36)布置于所述半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)和所述陶瓷體(30)之間，并將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)連接 到所述陶瓷體。
13. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述陶瓷體(30)布置于所述透明 材料(36)和所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)之間。
14. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述透明材料(36)的厚度小于所 述陶瓷體(30)的厚度的50%。
15. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述發(fā)光區(qū)域(31)配置成發(fā)射藍(lán) 光，所述第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料配置成吸收藍(lán)光并發(fā)射黃光或綠光，所述 第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料配置成吸收藍(lán)光并發(fā)射紅光。
16. 權(quán)利要求11的裝置，其中所述第一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料選自 (LiH-x于a-bYxGdy)3(AlLzGaz)50u:CeaPrb，其中0<x<l， 0<y<l， 0<z^).l， (Xa^0.2且0〈b^0.1; Lu3Al5012:Ce3+; Y3Al5012:Ce3+; SrSi2N202:Eu2+; (Sr1.u+xMguCavBax)(Ga2_y.zAlyInzS4):Eu2+ ; SrGa2S4:Eu2+ 和 SrlxBaxSi04:Eu2+。
17. 權(quán)利要求11的裝置，其中所述第二波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料選自 (CaLxSr^S-Eu"，其中0<x^l ;CaS:Eu2+ ;SrS:Eu2+ ; (SrnyBaxCayh-zSis-aAlaNs-aOa-Euz",其中0^a<5， 0<x^l ， O^y^l且 0<z￡l; Sr2Si5N8:Eu2+; Ca0 99AlSiN3:Eu001; Ba2-x-zMxSi5_yAlyN8—yOy:Euz(M=Sr、 Ca， 0《x化0《y化0細(xì)5《z《0.05)和Si^xS^N^Eu",
18. 權(quán)利要求ll的裝置，還包含布置于所述透明材料(36)層內(nèi) 的多個(gè)非波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的顆粒。
19. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述透明材料(36)選自硅酮、環(huán) 氧樹(shù)脂和玻璃。
20. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述透明材料(36)具有0.5jim至 50,的厚度。
21. 權(quán)利要求ll的裝置，其中所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)包含多層III 族氮化物層。
22. 權(quán)利要求ll的裝置，還包含n和p接觸(38， 39)，電連接 到所述n型和p型區(qū)域；以及覆蓋件(108)，布置于所述發(fā)光區(qū)域上 方。
全文摘要
包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的陶瓷體(30)布置于由半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)的發(fā)光區(qū)域(31)發(fā)射的光的路徑內(nèi)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(12)包含布置于n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的發(fā)光區(qū)域。透明材料(36)層也布置于由該發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的路徑內(nèi)。該透明材料可將該陶瓷體連接到該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。配置成散射由該發(fā)光區(qū)域發(fā)射的光的顆粒(45)布置于粘合劑材料層內(nèi)。在一些實(shí)施例中，該顆粒為磷光體，而在一些實(shí)施例中，該顆粒不是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101657910SQ200780043097
公開(kāi)日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者G·O·米勒, R·B·米勒馬克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司