專利名稱：用于提供白色光輸出的寬帶發(fā)光器件燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件，更具體地，涉及包括半導(dǎo)體發(fā)光器件的燈。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管和激光二極管是公知的固態(tài)發(fā)光元件，其在被施加足夠的電流時(shí)能夠 產(chǎn)生光。發(fā)光二極管和激光二極管通?？梢员环Q為發(fā)光器件(LED)。發(fā)光器件通常包括在 諸如藍(lán)寶石、硅、碳化硅、砷化鎵等的襯底上生長(zhǎng)的外延層中形成的p-n結(jié)。LED產(chǎn)生的光的 波長(zhǎng)分布通常取決于制造P-n結(jié)的材料以及構(gòu)成器件的有源區(qū)的薄外延層的結(jié)構(gòu)。典型地，LED芯片包括襯底、在襯底上形成的η型外延區(qū)和在η型外延區(qū)上形成的 P型外延區(qū)(或者反之亦然)。為了易于將電流施加到器件，可以在器件的P型區(qū)(典型地， 暴露的P型外延層)上形成陽(yáng)極接觸并且可以在器件的η型區(qū)(諸如襯底或者暴露的η型 外延層)上形成陰極接觸。當(dāng)電位被施加到歐姆接觸時(shí)，電子可以從η型層注入到有源區(qū) 中并且空穴可以從P型層注入到有源區(qū)中。有源區(qū)中的電子和空穴的輻射復(fù)合產(chǎn)生了光。 一些LED芯片包括具有η型層和ρ型層之間或它們的結(jié)附近的多個(gè)發(fā)光區(qū)或有源層(也被 稱為多量子阱結(jié)構(gòu))的有源區(qū)。LED可以在發(fā)光/照明應(yīng)用中使用，例如，代替常規(guī)的白熾和/或熒光發(fā)光。同樣 地，常常期望的是提供一種產(chǎn)生具有相對(duì)高的顯色指數(shù)(CRI)的白色光的光源，從而由光 照的物體可以顯現(xiàn)得更自然。光源的顯色指數(shù)是光源產(chǎn)生的光準(zhǔn)確地照明寬的顏色范圍的 能力的客觀度量。顯色指數(shù)的范圍是從單色光源的基本上為零到白熾光源的幾乎100。可 替選地，所期望的可能是提供如下的光源，其明顯不同于具有高的CRI指數(shù)的光源，但是仍 需要經(jīng)調(diào)節(jié)的光譜。此外，特定光源的色度可以被稱為光源的“色點(diǎn)”(color point)。對(duì)于白色光源， 色度可以被稱為光源的“白點(diǎn)”。白色光源的白點(diǎn)可以沿與加熱到給定溫度的黑體輻射體發(fā) 射的光的顏色相對(duì)應(yīng)的色度點(diǎn)的軌跡而下降。因此，可以通過(guò)光源的相關(guān)色溫(CCT)識(shí)別 白點(diǎn)，相關(guān)色溫是被加熱的黑體輻射體與白色光源的顏色或色調(diào)匹配的溫度。白色光典型 地具有約4000和8000K之間的CCT。具有4000的CCT的白色光具有微黃色的顏色。具有 8000K的CCT的白色光在顏色上更偏微藍(lán)色，并且可以被稱為“冷白色”?！芭咨笨梢杂?于描述具有約2600K至6000K之間的CCT的白色光，其在顏色上更偏微紅色。來(lái)自單色LED的光可以用于通過(guò)使用諸如磷光體的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料圍繞LED而提供 白色光。術(shù)語(yǔ)“磷光體”在這里可以用于表示吸收一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光并且重新發(fā)射不同 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的任何材料，與吸收和重新發(fā)射之間的延遲無(wú)關(guān)以及與所牽涉的波長(zhǎng)無(wú) 關(guān)。光的一小部分也可以穿過(guò)磷光體和/或在基本上與入射光相同的波長(zhǎng)下從磷光體重新發(fā)射，經(jīng)歷很少的下變換或者沒(méi)有下變換。因此，術(shù)語(yǔ)“磷光體”在這里可以用于表示有時(shí) 被稱為熒光和/或磷光的材料。通常，磷光體吸收波長(zhǎng)較短的光并且重新發(fā)射波長(zhǎng)較長(zhǎng)的 光。同樣地，LED在第一波長(zhǎng)下發(fā)射的一些或所有光可以被磷光體顆粒吸收，作為響應(yīng)，磷 光體顆粒可以在第二波長(zhǎng)下發(fā)射光。例如，單個(gè)藍(lán)色發(fā)光LED可以被諸如摻雜有鈰的釔鋁石榴石(YAG)的黃色磷光體 圍繞。得到的光是藍(lán)色光和黃色光的組合，對(duì)于觀察者可以顯現(xiàn)為白色。更具體地，為了產(chǎn) 生黃色光，約2. 66電子伏特(eV)的藍(lán)色光子可以被黃色磷光體吸收，并且約2. IleV的黃 色光子可以被發(fā)射。因此，通過(guò)非輻射過(guò)程可能大概損失了約0. 55eV的平均能量。因此，被 黃色磷光體圍繞的藍(lán)色LED可能通過(guò)藍(lán)色到黃色的轉(zhuǎn)換而損失數(shù)量上可察覺(jué)到的能量。再 者，如果包括紅色磷光體以改進(jìn)顯色，則能量損失甚至可能更大，導(dǎo)致降低得更多的效率。此外，多個(gè)不同顏色的LED發(fā)射的光可以被組合以產(chǎn)生白色光的所期望的強(qiáng)度和 /或顏色。例如，當(dāng)紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)光LED被同時(shí)加電時(shí)，得到的組合光可以取決于紅 色、綠色和藍(lán)色光源分量的相對(duì)強(qiáng)度而顯現(xiàn)為白色或者接近白色。盡管可以通過(guò)這些燈實(shí) 現(xiàn)相當(dāng)高的發(fā)光能效(至少部分地由于缺乏磷光體轉(zhuǎn)換)，但是由于從每個(gè)LED發(fā)射的光的 有限的光譜分布，顯色可能較差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件(LED)燈包括第 一和第二寬帶LED芯片。第一寬帶LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第一多個(gè)交替的 有源層和勢(shì)壘層。第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種 元素，并且分別被配置為在第一波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。第二寬帶 LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第二多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層。第二多個(gè)有源層分 別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素，并且分別被配置為在包括大于 第一波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。在一些實(shí)施例中，第一和第二寬帶LED芯片中的至少一個(gè)發(fā)射的光的光譜分布可 以具有大于約35納米(nm)的半峰全寬(FWHM)。在其他實(shí)施例中，第一寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第一波長(zhǎng)范圍上的第一光 譜分布，并且第二寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第二波長(zhǎng)范圍上的第二光譜分布。第一 和第二光譜分布的相應(yīng)中心波長(zhǎng)之間的分隔不大于第一和第二光譜分布的相應(yīng)半峰半寬 值的和。在一些實(shí)施例中，燈可以進(jìn)一步包括第三寬帶LED芯片。第三寬帶LED芯片可以 包括多量子阱有源區(qū)，其包括第三多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層。第三多個(gè)有源層可以分別 包括第三半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素，并且可以分別被配置為在包括大 于第二波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。第三半導(dǎo)體 化合物可以發(fā)射具有第三光譜分布的光并且由第一、第二和第三LED芯片發(fā)射的光可以組 合提供白色光的外觀。在其他實(shí)施例中，第一寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第一波長(zhǎng)范圍上的第一光 譜分布，第二寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第二波長(zhǎng)范圍上的第二光譜分布，并且第三 寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第三波長(zhǎng)范圍上的第三光譜分布。第一和第二光譜分布的相應(yīng)中心波長(zhǎng)之間的分隔不大于第一和第二光譜分布的相應(yīng)半峰半寬值的和。第二和第三 光譜分布的相應(yīng)中心波長(zhǎng)之間的分隔不大于第二和第三光譜分布的相應(yīng)半峰半寬值的和。在一些實(shí)施例中，第一寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第一波長(zhǎng)范圍上的第一光 譜分布，并且第二寬帶LED芯片發(fā)射的光可以定義第二波長(zhǎng)范圍上的第二光譜分布。第一 和第二光譜分布的相應(yīng)中心波長(zhǎng)之間的分隔不小于第一和第二光譜分布的相應(yīng)半峰半寬 值的和。在其他實(shí)施例中，燈可以進(jìn)一步包括光轉(zhuǎn)換材料，其被配置為吸收第一和/或第 二 LED芯片發(fā)射的至少一些光并且在第一和第二波長(zhǎng)范圍之間的第三波長(zhǎng)范圍上重新發(fā) 射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。因此，第一和第二 LED芯片以及光轉(zhuǎn)換材料發(fā)射的光可 以組合提供白色光。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件(LED)燈包括藍(lán) 色、綠色和紅色寬帶LED芯片。藍(lán)色寬帶LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第一多個(gè)交 替的有源層和勢(shì)壘層，第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少 兩種元素并且分別被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。綠色寬 帶LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第二多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層，第二多個(gè)有源 層分別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素并且分別被配置為在綠色 波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。紅色寬帶LED芯片可以包括多量子阱有源 區(qū)，其包括第三多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層，第三多個(gè)有源層分別包括第三半導(dǎo)體化合物 的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素并且分別被配置為在紅色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同 的發(fā)射波長(zhǎng)的光。第三半導(dǎo)體化合物具有比第二半導(dǎo)體化合物窄的帶隙，并且第二半導(dǎo)體 化合物具有比第一半導(dǎo)體化合物窄的帶隙。藍(lán)色、綠色和紅色寬帶LED芯片發(fā)射的光組合 提供具有良好的顯色的白色光的外觀。根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例，用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件(LED)燈包括藍(lán) 色和紅色寬帶LED芯片和光轉(zhuǎn)換材料。藍(lán)色寬帶LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第一 多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層。第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同 的至少兩種元素并且分別被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。 紅色寬帶LED芯片可以包括多量子阱有源區(qū)，其包括第二多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層。第 二多個(gè)有源層分別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素并且分別被配 置為在紅色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。光轉(zhuǎn)換材料被配置為吸收藍(lán)色 和/或紅色LED芯片發(fā)射的至少一些光并且在綠色波長(zhǎng)范圍上重新發(fā)射。第二半導(dǎo)體化合 物具有比第一半導(dǎo)體化合物窄的帶隙。藍(lán)色和紅色LED芯片以及光轉(zhuǎn)換材料發(fā)射的光組合 提供白色光的外觀。


圖IA是圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的LED燈的頂視圖。圖IB是圖示用于在根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的LED燈中使用的LED芯片的剖面 視圖。圖IC是圖示根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的LED燈的平面視圖。圖2A至2C是圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的LED燈中的多量子阱結(jié)構(gòu)的剖面視圖和相應(yīng)的能量圖。圖3A至3C是圖示根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的LED燈中的多量子阱結(jié)構(gòu)的剖面視 圖和相應(yīng)的能量圖。圖4A至4D是圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光器件燈的示例性光譜發(fā)射特性 的曲線圖。圖5A是圖示根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的發(fā)光器件燈的頂視圖。圖5B是圖示根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的發(fā)光器件燈的示例性光譜發(fā)射特性的 曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本 發(fā)明可以被實(shí)施為許多不同的形式并且不應(yīng)被解釋為限于這里闡述的實(shí)施例。相反，這些 實(shí)施例被提供以使本公開(kāi)內(nèi)容是詳盡的和完整的，并且將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá) 本發(fā)明的范圍。在附圖中為了清楚起見(jiàn)，層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸可以放大。通篇相同 的附圖標(biāo)記表示相同的元件。將理解，當(dāng)諸如層、區(qū)域或基板的元件被稱為位于另一元件“上面”時(shí)，其可以直 接位于該另一元件上面或者也可以存在中間的元件。將理解，如果諸如表面的元件的部分 被稱為“內(nèi)部的”，則其較之元件的其他部分遠(yuǎn)離距器件的外部更遠(yuǎn)。而且，諸如“在...之 下”或“在.· ·之上”在這里可以用于描述如圖中圖示的一個(gè)層或區(qū)域與另一層或區(qū)域相對(duì) 于基板或者基層的關(guān)系。將理解，除了圖中示出的取向之外，這些術(shù)語(yǔ)應(yīng)涵蓋器件的不同取 向。最后，術(shù)語(yǔ)“直接地”意味著不存在中間元件。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè) 或多個(gè)關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任何和所有組合。還將理解，盡管術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等在這里可以用于描述各種元件、部件、區(qū)域、 層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù) 語(yǔ)僅用于使一個(gè)元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另一區(qū)域、層或部分。因此，在不偏離本 發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，下文討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二元件、部 件、區(qū)域、層或部分。這里參照作為本發(fā)明的理想化的實(shí)施例的示意圖的剖面視圖、透視圖和/或平面 視圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例。因此，可以預(yù)見(jiàn)到作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的相 對(duì)于圖示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)被解釋為限于這里圖示的區(qū)域的特定形 狀，而是將包括因例如制造導(dǎo)致的形狀的偏離。例如，被圖示或描述為矩形的區(qū)域?qū)⒌湫偷?因正常制造公差而具有圓形或彎曲的特征。因此，圖中示出的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的并 且其形狀并非意在圖示器件的區(qū)域的精確形狀并且并非意在限制本發(fā)明的范圍。除非另外定義，否則這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明 的所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的意義相同的意義。將進(jìn)一步理解，諸如常用詞典中 定義的術(shù)語(yǔ)應(yīng)被解釋為具有與其在相關(guān)領(lǐng)域和本說(shuō)明書(shū)的背景下的意義一致的意義，并且 將不會(huì)在理想化或過(guò)度正規(guī)的意義上進(jìn)行解釋，除非這里如此定義。如這里使用的，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體發(fā)光器件”和/或“LED”可以包括發(fā)光二極管、激光 二極管和/或包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層的其他半導(dǎo)體器件，其可以包括硅、碳化硅、氮化物化合物和/或其他半導(dǎo)體材料。氮化物化合物的示例可以包括GaN、A1N、InN, Al0. ^a0.9N, Ala2Ina Aatl.小和Ina^aa9N。更一般地，符號(hào)(Al，In, Ga)N在下文中用于表示氮化物化合 物AlxInyGai_x_yN，其中0≤χ≤1，0≤y≤1，并且x+y≤1。發(fā)光器件可以包括或不包括諸 如藍(lán)寶石、硅、碳化硅、鍺、氮化鎵的基板和/或其他微電子基板。發(fā)光器件可以包括一個(gè)或 多個(gè)接觸層，其可以包括金屬和/或其他的傳導(dǎo)層。在一些實(shí)施例中，可以提供紫外、藍(lán)色、 青色、綠色、琥珀色和/或紅色LED。半導(dǎo)體發(fā)光器件的設(shè)計(jì)和制造對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員 是公知的并且不需要在這里進(jìn)行詳細(xì)描述。如這里使用的術(shù)語(yǔ)“半峰全寬”可以表示光譜分布在其最大值的約一半處的寬度 (以納米為單位)。同樣地，如這里使用的術(shù)語(yǔ)“半峰半寬”可以表示對(duì)應(yīng)于分布在其最大 值的一半處的寬度的一半(以納米為單位)的值。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以源自如下實(shí)現(xiàn)方案，在包括紅色、綠色和藍(lán)色LED的傳 統(tǒng)的LED燈中，分量LED的光譜功率分布可以是相對(duì)窄的。商用LED典型地具有窄的半峰 全寬(FWHM)紅色LED可以具有17 18nm的FWHM，黃色LED可以具有12 15nm的FWHM， 藍(lán)色LED可以具有18 20nm的FWHM，并且綠色LED可以具有35 36nm的FWHM。在商用 綠色LED中找到的比典型的FWHM大的FWHM可能是由于控制綠色LED量子阱中的銦(In) 的量和聚結(jié)的困難的結(jié)果。由于這些LED的窄的光譜寬度，即使是在使用諸如紅色、綠色和 藍(lán)色的多種顏色時(shí)，這種光照明的物體也可能因光的有限的光譜而未能顯現(xiàn)為具有自然的 色彩。因此，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了包括多個(gè)“寬帶”LED芯片(在這里還被稱為“寬 帶LED”)的LED燈，其具有紅色、藍(lán)色、紫色、黃色和琥珀色波長(zhǎng)范圍上的大于約20nm的相 應(yīng)光譜輸出，以及綠色波長(zhǎng)范圍上的大于約35nm的光譜輸出。更具體地，本發(fā)明的一些實(shí) 施例提供了包括三個(gè)寬帶LED芯片的LED燈，其具有經(jīng)調(diào)節(jié)的光譜輸出以提供改進(jìn)的顯色。 在一些實(shí)施例中，寬帶LED芯片中的一個(gè)或多個(gè)可以具有半峰全寬(FWHM)大于約35納米 (nm)的光譜分布。寬帶LED的材料和/或化學(xué)計(jì)量可以被選擇為提供白色光輸出，其在亮 度、性能、CRI和/或整體光譜分布上可媲美于諸如白熾燈泡的常規(guī)光源，且具有更高的能 效。圖IA圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的LED燈。現(xiàn)在參照?qǐng)D1A，多芯片LED燈100 包括公共基板或基座101，其包括第一、第二和第三管芯安裝區(qū)域102a、102b和102c。管芯 安裝區(qū)域102a、102b和102c均被配置為接納寬帶LED芯片。如這里使用的，“寬帶LED”或 “寬帶LED芯片”指的是被配置為發(fā)射具有寬度與常規(guī)LED相比較寬的光譜寬度的光，即對(duì) 于綠色LED，大于約30 35nm，并且對(duì)于紅色、藍(lán)色、紫色、黃色、琥珀色和其他顏色的LED， 大于約20nm。例如，紅色或藍(lán)色或琥珀色LED可以發(fā)射如下的光，其光譜分布(分別地)以 紅色或藍(lán)色或琥珀色為中心或者具有紅色或藍(lán)色或琥珀色上的中心波長(zhǎng)，但是相應(yīng)光譜分 布可以具有20nm或25nm或30nm或40nm或50nm或75nm或者更大的半峰全寬。相似地， 綠色LED可以發(fā)射如下的光，其光譜分布具有以綠色為中心的全寬，但是具有35nm或40nm 或50nm或75nm或更大的半峰全寬。寬帶LED發(fā)射的光可以具有如下的光譜形狀，其可察 覺(jué)地不同于在常規(guī)LED的光輸出中典型地觀察到的類高斯峰形。例如，光譜可以具有“平 頂”或者基本上均勻的分布、拉普拉斯形分布、雙峰分布、鋸齒形分布、多峰分布和/或作為 這些分布(包括高斯分布)中的不止一個(gè)分布的合成的分布。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，寬帶LED可以被配置為在大于約50nm的波長(zhǎng)范圍上發(fā)射光。在其他實(shí)施例中，寬帶LED可 以被配置為在大于約75 IOOnm的波長(zhǎng)范圍上發(fā)射光。仍參照?qǐng)D1A，第一、第二和第三寬帶LED芯片103a、103b和103c被分別安裝在基 座101的管芯安裝區(qū)域102a、102b和102c上。例如，第一寬帶LED芯片103a可以是被配 置為以藍(lán)色波長(zhǎng)范圍(即，約410 495nm之間)發(fā)射光的藍(lán)色LED芯片，第二寬帶LED芯 片103b可以是被配置為以綠色波長(zhǎng)范圍(S卩，約495 590nm之間)發(fā)射光的綠色LED芯 片，并且第三寬帶LED芯片103c可以是被配置為以紅色波長(zhǎng)范圍(S卩，約600 720nm之 間)發(fā)射光的紅色LED芯片。因此，第一、第二和第三寬帶LED芯片103a、103b和103c發(fā)射 的光組合提供白色光。第一、第二和第三寬帶LED芯片103a、103b和103c可以由不同的材 料形成，所述材料被選擇為以相對(duì)高的效率提供CRI相對(duì)高的白色光輸出。例如，綠色LED 芯片103b可以由其帶隙窄于藍(lán)色LED芯片103a中使用的半導(dǎo)體化合物的帶隙的半導(dǎo)體化 合物形成，并且紅色LED芯片103c可以由其帶隙窄于綠色LED芯片103b中使用的半導(dǎo)體 化合物的帶隙的半導(dǎo)體化合物形成。此外，應(yīng)當(dāng)注意，LED燈100不包括諸如磷光體的光轉(zhuǎn) 換材料。因此，由于未使用磷光體，因此LED燈100可以不牽涉與吸收、重新發(fā)射和/或非 輻射復(fù)合相關(guān)的能量損失。盡管上文參照LED芯片103a、103b和103c發(fā)射的光的特定顏色進(jìn)行了描述，但是 將理解，不同顏色的寬帶LED芯片的其他組合可以用于提供白色光輸出。例如，在一些實(shí)施 例中，LED芯片103a、103b和103c可以是青色、黃色和絳紅色LED芯片。圖IB是圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的寬帶LED芯片的剖面視圖。如圖IB中所 示，LED芯片103包括夾在ρ型覆層108和η型覆層109之間的有源區(qū)105。LED芯片103 還包括P型覆層108上的ρ型接觸層111和η型覆層109上的η型接觸層112。接觸層111 和/或112可以是與覆層截然不同的摻雜半導(dǎo)體，其可以用于在覆層之前散布電荷。有源 區(qū)105是多量子阱結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)交替的有源層106和106'以及勢(shì)壘層107、107'和 107"。有源層106和106'均包括半導(dǎo)體化合物的元素的不同的化學(xué)計(jì)量或相對(duì)濃度，并 且因此均被配置為發(fā)射具有所選擇的波長(zhǎng)范圍上的不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。例如，在LED芯 片103是藍(lán)色LED芯片的情況中，有源層106和106'可以是氮化鎵(GaN)層，并且每個(gè)層 可以包括濃度不同的鎵和/或氮化物，其被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍(例如，約410 510nm) 以不同的波長(zhǎng)發(fā)射光。相似地，在LED芯片103是綠色LED芯片的情況中，有源層106和 106'可以是氮化銦鎵(InGaN)層，每個(gè)層包括濃度不同的銦、鎵和/或氮化物，其被配置為 在綠色波長(zhǎng)范圍(例如，約495 590nm)以不同的波長(zhǎng)發(fā)射光。同樣地，在LED芯片103 是紅色LED芯片的情況中，有源層106和106'可以是磷化鋁鎵銦(AlGaInP)層，每個(gè)層包 括濃度不同的鋁、鎵、銦和/或磷化物，其被配置為以紅色波長(zhǎng)范圍(例如，約600 720nm) 以不同的波長(zhǎng)發(fā)射光。此外或者可替選地，有源層106和106'可以被形成為不同的厚度以 提供所期望的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的發(fā)射波長(zhǎng)。因此，有源層106和106'可以具有不同的厚度和/或組分，其被選擇以定義多個(gè) 不同的帶隙能量。化學(xué)計(jì)量不僅可以逐層地改變，而且可以在特定的層內(nèi)改變。因此，在將 電位施加到歐姆接觸126和128時(shí)，每個(gè)有源層106和106'中的電子和空穴的輻射復(fù)合提 供了不同波長(zhǎng)下的發(fā)光。換言之，層106和106'的化學(xué)計(jì)量和/或?qū)挾瓤梢员徽{(diào)節(jié)以實(shí) 現(xiàn)所期望的光譜輸出。LED芯片103可以進(jìn)一步包括基板110、覆層108和109與接觸126和128之間的一個(gè)或多個(gè)蓋層(未示出)、和/或多量子阱有源區(qū)105的最后的量子阱層 107"和107與覆層108和/或109之間的一個(gè)或多個(gè)封閉層(未示出)。例如，每個(gè)封閉 層可以具有均勻的或者漸變的半導(dǎo)體合金組分，其被配置為提供相鄰的覆層和有源區(qū)105 的組分之間的過(guò)渡。在一些實(shí)施例中，封閉層可以分別提供覆層109和108的帶隙能量與 勢(shì)壘層107和107"的帶隙能量之間的帶隙能量，用于禁閉載流子(即，電子和空穴)以促 進(jìn)有源區(qū)105中的更高效的復(fù)合。再者，覆層108和/或109的化學(xué)計(jì)量可以變化以減小 相鄰勢(shì)壘層107"和107之間的帶隙能量的差異。盡管在圖IB中參照有源區(qū)105中的特定數(shù)目的層進(jìn)行說(shuō)明，但是將理解，有源區(qū) 105的層的數(shù)目、厚度和/或?qū)拥慕M分可以針對(duì)不同的應(yīng)用而變化。例如，盡管被圖示為僅 包括兩個(gè)有源層106和106'，但是將理解，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的寬帶LED芯片可以 包括具有相似的和/或不同的化學(xué)計(jì)量的另外的有源層，并且這些層的數(shù)目、厚度和/或組 分可以被選擇為提供所期望的光譜輸出。換言之，通過(guò)調(diào)節(jié)有源區(qū)105的量子阱的性質(zhì)可 以對(duì)寬帶LED的光譜輸出進(jìn)行調(diào)諧。由于每個(gè)寬帶LED的光譜輸出的寬度可以是約IOOnm 或更小，因此可以以相對(duì)高的效率制造化學(xué)計(jì)量的變化。此外，將理解，在一些實(shí)施例中，勢(shì) 壘層107和/或107〃可以分別被并入到相鄰的覆層109和/或108中。圖IC圖示了根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的LED燈并且圖示了改變燈中的LED以促 進(jìn)所期望的光譜分布的形成的一些方法。具體地，圖IC示出了，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例 的包括寬帶LED的LED燈可以使用特定顏色的不止一個(gè)LED，可以使用尺寸不同的LED芯 片，和/或可以使用具有不同形狀的LED芯片?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1C，多芯片LED燈150包括公共 基板或基座151，其包括第一、第二、第三和第四管芯安裝區(qū)域152a、152b、152c和152d。管 芯安裝區(qū)域152a、152b、152c和152d均被配置為接納寬帶LED芯片。仍然參照?qǐng)D1C，第一、第二、第三和第四寬帶LED芯片153a、153b、153c和153d分 別安裝在基座151的管芯安裝區(qū)域152a、152b、152c和152d上。例如，第一寬帶LED芯片 153a可以發(fā)射顏色范圍(Cl)基本上與第二 LED芯片153d(Cl)相似的光。第三LED芯片 153c可以大于或小于其他芯片以發(fā)射不同量和/或特性的光(C2)。第四LED芯片153c可 以具有不同的形狀以發(fā)射第三顏色強(qiáng)度和/或特性的光(C3)。將理解，三種顏色C1、C2和 C3的光的組合可以被組合提供白色光或者另一所期望的顏色分布。圖2A至2C圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的寬帶LED芯片和相應(yīng)的能帶圖。現(xiàn) 在參照?qǐng)D2A，第一 LED芯片203a包括在ρ型覆層208a和η型覆層209a之間提供的基于氮 化銦鎵(InGaN)的有源區(qū)205a?；贗nGaN的有源區(qū)205a是多量子阱結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)交 替的有源層206a、206a'和206a"以及勢(shì)壘層207a、207a' ,207a"和207a‘“。在一些 實(shí)施例中，LED芯片203a可以對(duì)應(yīng)于圖IA的LED芯片103a。有源層206a、206a'和206a〃均包括相對(duì)濃度不同的銦(In)和鎵(Ga)，其被選 擇為提供寬帶藍(lán)色LED。例如，有源層206可以包括InxGai_xN，其中平均的銦濃度χ的范圍 可以是0. 12^x^0. 19，對(duì)應(yīng)于約從440nm到500nm的光。更具體地，有源層206a可以包 括InxGai_xN，其中平均銦濃度χ約為0. 13，有源層206a'可以包括InyGai_yN，其中平均銦濃 度y約為0. 15，并且有源層206a〃可以包括GazN1^其中平均銦濃度ζ約為0. 17。氮化銦 鎵有源層206a、206a'和206a"可以具有例如在約Inm和IOOnm之間的相等和/或不同的 厚度。在一些實(shí)施例中，銦和/或鎵的濃度也可以隨有源層206a、206a'和206a"中的一
11個(gè)或多個(gè)的厚度變化，從而提供一個(gè)或多個(gè)層內(nèi)的階躍的和/或連續(xù)的漸變。氮化銦鎵有 源層206a、206a‘和206a"的相對(duì)濃度和/或厚度被選擇為，LED芯片203a發(fā)射藍(lán)色波長(zhǎng) 范圍(例如，約440nm至約500nm)上的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光。將理解，以上示例中提供的銦 濃度是近似的和說(shuō)明性的，并且因此，可以在每個(gè)量子阱中被調(diào)節(jié)以獲得所期望的濃度。更具體地，如圖2A的能帶圖中所示，LED芯片203a的多量子阱結(jié)構(gòu)205a包括具有 變化的化學(xué)計(jì)量的InGaN有源量子阱層206a、206a'和206a〃。導(dǎo)帶邊緣211a和價(jià)帶邊 緣212a的能級(jí)被示意性地示出；能級(jí)與用于產(chǎn)生勢(shì)壘層207a、207a'、207a〃和207a'“ 的材料相關(guān)。對(duì)于寬帶藍(lán)色LED 203a，勢(shì)壘層207a、207a'、207a〃和207a'‘‘由GaN形 成。量子阱有源層206a、206a'和206a"中的銦和鎵的相對(duì)濃度被選擇為限定多個(gè)不同的 帶隙能量。因此，量子阱有源層206a、206a'和206a"中的電子和空穴復(fù)合并且發(fā)射具有 與量子阱206a、206a'和206a〃限定的不同的帶隙一致的能量(分別是Elblue、E2blue、E3blue) 的光。不同的帶隙提供了藍(lán)色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的不同的平均發(fā)射波長(zhǎng)Xla、X2a和X3a處的光， 它們加成地組合提供完整的寬帶藍(lán)色輸出光215a。量子阱層206a、206a'和206a"中的銦 和鎵的相對(duì)濃度可以被選擇為提供具有約465nm的中心波長(zhǎng)的、大于約30nm的波長(zhǎng)范圍上 的輸出光215a。將理解，盡管特定的量子阱有源層可以被形成為具有目標(biāo)銦濃度以在目標(biāo) 發(fā)射波長(zhǎng)下發(fā)射光，但是量子阱中的銦不是均質(zhì)的，并且因此可能存在帶隙的某種變化并 且因而存在發(fā)射光的能量的某種變化。此外，諸如熱拖尾(smearing)、散射等其他物理過(guò)程 可能使光不僅在目標(biāo)波長(zhǎng)下發(fā)射，而且在目標(biāo)波長(zhǎng)附近的波長(zhǎng)下發(fā)射。與產(chǎn)生輸出光215a關(guān)聯(lián)的非輻射能量損失Eltjss,blue由輸入能量Eg,blue(由用于使電 子從價(jià)帶212a上升到導(dǎo)帶211a所需的能量定義)和輸出能量E。ut,blue之間的差表示。E。ut, Mue是帶隙能量Elblue、E2blue和E3blue的函數(shù)，并且在一些情況下可以是平均值。例如，當(dāng)量 子阱的帶隙的范圍是從3. OeV至約2. 65eV時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的由基本半導(dǎo)體材 料GaN(帶隙約為3. 65eV)形成的寬帶藍(lán)色LED芯片203a可能具有約0. 65eV至約1. OeV 的非輻射能量損失Eltjss,blue。LED還可以擁有圖2A的LED示意圖中未示出的另外的層或者 器件元件/結(jié)構(gòu)，其可能導(dǎo)致超出上文限定的非輻射能量損失Elt^blm的額外的能量損失。仍然參照?qǐng)D2A, GaN 勢(shì)壘層 207a、207a‘ ,207a"和 207a‘“具有(Al, In, Ga)N 組分，其被選擇為提供比有源層206a、206a'和206a"大的帶隙。盡管被圖示為均包括相 對(duì)濃度相同的(Al，In，Ga)N，但是在一些實(shí)施例中，如下文將參照?qǐng)D3A詳細(xì)討論的，勢(shì)壘層 207a、207a'、207a〃和207a'“中的一個(gè)或多個(gè)可以被提供有不同的化學(xué)計(jì)量。此外，盡 管在圖2A中圖示為具有被選擇為提供順序降低的帶隙能量的化學(xué)計(jì)量(例如，為了易于制 造)，但是其他化學(xué)計(jì)量也可以用于有源層，或者甚至在一個(gè)或多個(gè)有源層中提供?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2B，第二 LED芯片203b包括在ρ型覆層208b和η型覆層209b之間提 供的基于氮化銦鎵(InGaN)的有源區(qū)205b。有源區(qū)205b是多量子阱結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)交替 的 InGaN 有源層 206b、206b‘和 206b〃 以及勢(shì)壘層 207b、207b‘、207b〃和 207b'“。因 此，基于InGaN的有源區(qū)205b具有比第一 LED芯片203a的基于InGaN的有源區(qū)205a更窄 的帶隙。在一些實(shí)施例中，LED芯片203b可以對(duì)應(yīng)于圖IA的LED芯片103b。有源層206b、206b'和206b “均包括相對(duì)濃度不同的銦和鎵，其被選擇為提供 寬帶綠色LED。例如，有源層206b可以包括InxGai_xN，其中平均銦濃度χ約為0. 20，有源 層206b ‘可以包括InyGai_yN，其中平均銦濃度y約為0.22，并且有源層206b〃可以包括InzGai_zN，其中平均銦濃度ζ約為0. 26。因此，有源層206b的目標(biāo)平均波長(zhǎng)約為515nm，有 源層206b‘的目標(biāo)平均波長(zhǎng)約為540nm并且有源層206b"的目標(biāo)平均波長(zhǎng)約為565nm。 InGaN有源層206b,206b‘和206b"可以具有例如在約Inm和IOOnm之間的相等禾口 /或不 同的厚度。在一些實(shí)施例中，銦和鎵的濃度可以隨有源層206b、206b'和206b"中的一個(gè) 或多個(gè)的厚度變化，從而提供一個(gè)或多個(gè)層內(nèi)的階躍的和/或連續(xù)的漸變。InGaN有源層 206b、206b ‘和206b"的相對(duì)濃度和/或厚度被選擇為，LED芯片203b發(fā)射綠色波長(zhǎng)范圍 (例如，約495nm至約590nm)上的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光。將理解，以上示例中提供的銦濃度是 近似的和說(shuō)明性的，并且因此，可以在每個(gè)量子阱中被調(diào)節(jié)以獲得所期望的濃度和/或發(fā) 射特性。更具體地，如圖2B的能帶圖中所示，LED芯片203b的多量子阱結(jié)構(gòu)205b包括具有 變化的化學(xué)計(jì)量的InGaN有源量子阱層206b、206b'和206b"，該變化的化學(xué)計(jì)量被選擇 為限定多個(gè)不同的帶隙能量，使得跨越不同的量子阱層206b、206b'和206b"的復(fù)合能量 (分別是E‘een、E2g_、E3green)提供綠色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的不同的平均發(fā)射波長(zhǎng)λ lb、λ 2b禾Π λ 3b 處的光。不同的發(fā)射波長(zhǎng)Xlb、X2b和X3b加成地組合提供完整的寬帶綠色輸出光215b。 量子阱層206b、206b'和206b"中的銦和鎵的相對(duì)濃度可以被選擇為提供具有約540nm的 中心波長(zhǎng)的、大于約30nm的波長(zhǎng)范圍上的輸出光215b。與產(chǎn)生輸出光215b相關(guān)聯(lián)的非輻射能量損失Elt^green由輸入能量Eg,g_(由用于 使電子從價(jià)帶212b上升到導(dǎo)帶211b所需的最小能量定義)和輸出光子能量E。ut, green之間 的差表示。E。ut,g_是帶隙能量Elgreen、E2green和E3green(被共同稱為E。ut,green)的函數(shù)。關(guān)于 綠色發(fā)射的非輻射能量損失由Eltjss^ran Eg,g_n-E。ut,grem給出(由于諸如加熱的系統(tǒng)影響， 等式兩邊可能是約等于的( ))。例如，當(dāng)量子阱的帶隙的范圍是從2. 40eV至2. 90eV時(shí)， 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的由基本半導(dǎo)體材料GaN(帶隙約為3. 65eV)形成的寬帶綠色LED 芯片203b的非輻射能量損失將是約0. 95eV至約1. 20eV。當(dāng)綠色寬帶LED 203b由InGaN 而非GaN或AlGaN的基本材料形成時(shí)，總的非輻射能量損失E1()SS, green可以相對(duì)于藍(lán)色寬帶 LED 203a的總非輻射能量損失Eltjss, blue減小。換言之，通過(guò)為綠色LED芯片205b選擇帶 隙較窄的基本材料以減小輸入和輸出能量之間的差異，可以減小非輻射能量損失Eltjss,g_n。 例如，如果LED由In0.12Ga0.88N(具有約2. SleV的帶隙)的基本材料形成，則對(duì)于515nm和 565nm之間的發(fā)光器，非輻射能量損失約為0.41eV至0. 62eV。應(yīng)當(dāng)注意，盡管從量子阱發(fā)射 的光在這里被稱為具有特定的特征能量，諸如Elgreen或E3blue，但是該能量是平均能量，并且 因此從每個(gè)量子阱發(fā)射的光可以具有分散在平均值周圍的能量分布。發(fā)射能量的范圍可能 源自熱致寬和/或阱化學(xué)計(jì)量的變化。因此，通過(guò)針對(duì)第二 LED芯片203b的有源層206b、 206b‘和206b〃使用帶隙比第一 LED芯片203a窄的基本材料和/或化學(xué)計(jì)量，可以實(shí)現(xiàn)更 高的能效。仍然參照?qǐng)D2B，InGaN勢(shì)壘層207b、207b'、207b〃和207b' 〃具有銦和鎵組分， 其被選擇為提供比有源層206b、206b'和206b"大的帶隙。盡管在圖2B中被圖示為包括 相對(duì)濃度相同的銦和鎵，但是在一些實(shí)施例中，如下文將參照?qǐng)D3B詳細(xì)討論的，一個(gè)或多 個(gè)勢(shì)壘層207b、207b'、207b〃和207b'“可以被提供相對(duì)組分不同的銦和鎵。此外，每個(gè) 層中的化學(xué)計(jì)量可以變化。再者，盡管被圖示為具有化學(xué)計(jì)量以提供順序降低的帶隙能量 的InGaN有源層206b、206b‘和206b"，但是其他元素和/或化學(xué)計(jì)量也可以用于有源層。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2C，第三LED芯片203c包括在ρ型覆層208c和η型覆層209c之間提 供的基于磷化鋁鎵銦(AlGaInP)的有源區(qū)205c?；贏lGaInP的有源區(qū)205c是多量子阱 結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)交替的AlGaInP有源層206c、206c'和206c 〃以及勢(shì)壘層207c、207c ‘、 207c 〃和207c ‘“。因此，基于AlGaInP的有源區(qū)205c具有比第二 LED芯片203b的基于 InGaN的有源區(qū)205b窄的帶隙。在一些實(shí)施例中，LED芯片203c可以對(duì)應(yīng)于圖IA的LED 芯片103co有源層206c、206c'和206c “均包括相對(duì)濃度不同的鋁、鎵和/或銦，其被配置 為提供寬帶紅色LED。例如，有源層206c可以包括AlxGayIni_x_yP，其目標(biāo)平均發(fā)射波長(zhǎng)約 為625nm。有源層206c'可以包括AlwGazIni_w_zP，其目標(biāo)平均發(fā)射波長(zhǎng)約為650nm。有源 層206c 〃可以包括AluGavIni_u_vP，其目標(biāo)平均發(fā)射波長(zhǎng)約為680nm。AlGaInP有源層206c、 206c‘和206c〃可以具有例如在約Inm和IOOnm之間的相等和/或不同的厚度。在一些 實(shí)施例中，鋁、鎵和/或銦的濃度也可以隨有源層206c、206c'和206c"中的一個(gè)或多個(gè)的 厚度而變化，從而提供一個(gè)或多個(gè)層內(nèi)的階躍的和/或連續(xù)的漸變。AlGaInP有源層206c、 206c‘和206c"的相對(duì)濃度和/或厚度被選擇為，LED芯片203c發(fā)射紅色波長(zhǎng)范圍(例 如，約600nm至約720nm)上的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光。更具體地，如圖2C的能帶圖中所示，LED芯片203c的多量子阱結(jié)構(gòu)205c包括具 有變化的化學(xué)計(jì)量的AlGaInP有源量子阱層206c、206c'和206c"，該變化的化學(xué)計(jì)量被 選擇為限定多個(gè)不同的帶隙能量，使得跨越不同的帶隙的復(fù)合能量提供紅色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的 不同的平均發(fā)射波長(zhǎng)λ1[;、λ2。和λ 3。處的光。不同的平均發(fā)射波長(zhǎng)λ1[;、λ2。和λ3。加成 地組合提供完整的寬帶紅色輸出光215c。量子阱層206c、206c'和206c"中的鋁、鎵和/ 或銦的相對(duì)濃度以及阱的尺寸可以被選擇為提供具有約665nm的中心波長(zhǎng)的、大于約30nm 的波長(zhǎng)范圍上的輸出光215c。與產(chǎn)生輸出光215c相關(guān)聯(lián)的非輻射能量損失Eloss，red由輸入能量Eg，red(由 AlGaInP勢(shì)壘區(qū)域207c的能量定義)和與具有平均帶隙能量Elred、E2red和E3red的多 量子阱結(jié)構(gòu)一致的光子能量(被共同稱為Eout，red)之間的差表示。如上文提及的，所發(fā) 射的光子的波長(zhǎng)與帶隙能量成反比。因此，用于產(chǎn)生紅色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的輸出能量Eout， red小于用于產(chǎn)生綠色和藍(lán)色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的輸出能量Eout，green和Eout，blue。然 而，由于AlGaInP的帶隙能量Eg，red比分別通過(guò)例如GaN和InGaN形成的帶隙能量Eout， green和Eout，blue窄，因此可以減小總的非輻射能量損失Eloss，red。換言之，通過(guò)為紅 色LED芯片有源區(qū)205c選擇帶隙比綠色LED芯片有源區(qū)205b的帶隙窄的材料，可以減小 輸入和輸出能量之間的差，由此減小非輻射能量損失EloSS，red。因此，通過(guò)在發(fā)射較高波 長(zhǎng)的光的寬帶LED芯片中使用具有逐漸變窄的帶隙的不同的基本材料，可以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的能 效。仍然參照?qǐng)D2C，AlGaInP勢(shì)壘層207c、207c'、207c〃和207c' 〃具有鋁、鎵和銦 組分，其被選擇為提供比有源層206c、206c'和206c"大的帶隙。再者，盡管在圖2C中被 圖示為包括相對(duì)濃度相同的鋁、鎵和銦，但是在一些實(shí)施例中，如下文將參照?qǐng)D3C詳細(xì)討 論的，一個(gè)或多個(gè)勢(shì)壘層207c、207c'、207c〃和207c' 〃可以被提供相對(duì)組分不同的鋁、 鎵和/或銦。此外，盡管被圖示為具有提供順序降低的帶隙能量的化學(xué)計(jì)量，但是其他化學(xué) 計(jì)量也可以用于AlGaInP有源層。
因此，圖2A至2C中示出的一個(gè)或多個(gè)阱的數(shù)目、寬度、深度(基于化學(xué)計(jì)量)、分 隔、摻雜、形狀和/或半導(dǎo)體材料可以被改變以實(shí)現(xiàn)所期望的光譜輸出。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)量 子阱的生長(zhǎng)時(shí)間，改變生長(zhǎng)溫度和/或調(diào)節(jié)腔室氣體的局部壓力，以選擇平均發(fā)射顏色或 改進(jìn)光譜分布和/或改變效率，由此可以改變量子阱的寬度。通過(guò)改變氣體局部壓力和/或 其他生長(zhǎng)參數(shù)還可以調(diào)節(jié)阱的化學(xué)計(jì)量。諸如此類的改變可以在量子阱的生長(zhǎng)期間做出， 以便產(chǎn)生具有不均勻的形狀(即，變化的化學(xué)計(jì)量)的阱。此外，可以基于正在生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu) 的需要來(lái)選擇其中形成量子阱的順序。例如，可以生長(zhǎng)在包括的量子阱中具有高度不同的 化學(xué)計(jì)量的結(jié)構(gòu)，以使得相鄰阱中的特定元素的濃度順序增加以提供帶隙順序減小的量子 阱，這可以提高效率和/或使其最大和/或減少再吸收。此外，盡管在圖2A至2C中被圖示為被包括在三個(gè)分立的芯片203a、203b和203c 中，但是將理解，GaN, InGaN和/或AlGaInP多量子阱有源區(qū)205a、205b和/或205c可以 形成在公共基板上。例如，基于GaN的多量子阱結(jié)構(gòu)、基于InGaN的多量子阱結(jié)構(gòu)和基于 AlGaInP的多量子阱結(jié)構(gòu)可以形成在單個(gè)基板上，并且可以分別在藍(lán)色、綠色和紅色波長(zhǎng)范 圍上發(fā)光，使得組合被感知為白色光。圖3A至3C圖示了根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例的寬帶LED芯片和相應(yīng)的能帶圖。在 圖3A至3C的寬帶LED芯片中，改變勢(shì)壘層和/或量子阱有源層中的一個(gè)或多個(gè)的化學(xué)計(jì) 量以輔助性能。更具體地，現(xiàn)在參照?qǐng)D3A，藍(lán)色LED芯片303a包括ρ型覆層308a和η型覆層309a 之間的基于氮化鎵(GaN)的有源區(qū)305a。基于GaN的有源區(qū)305a是多量子阱結(jié)構(gòu)，其包括 多個(gè)交替的InGaN有源層306a、306a'和306a〃以及GaN勢(shì)壘層307a、307a' ,307a"和 307a'‘‘。在一些實(shí)施例中，LED芯片303a可以對(duì)應(yīng)于圖IA的LED芯片103a。此外，有源 層306a、306a'和306a〃可以被配置為與圖2A的LED芯片203a的有源層206a、206a'和 206a"相似，用于提供藍(lán)色輸出光315a。然而，圍繞量子阱有源層306a、306a'和306a" 的區(qū)域具有變化的化學(xué)計(jì)量，并且因此具有彼此相對(duì)不同的形狀。具體地，勢(shì)壘層307a、 307a‘、307a"和307a'"具有不同的鎵與氮化物的比，其被選擇為定義多個(gè)順序降低的 帶隙能量。鎵濃度也可以隨有源層306a、306a'和306a〃之間的勢(shì)壘層307a'和307a" 的厚度而變化，用以提供階躍的/或連續(xù)的漸變，而與覆層309a和308a相鄰的勢(shì)壘層307a m 307a‘"可以具有固定的鎵濃度。因此，勢(shì)壘層307a、307a'、307a"和307a' 〃的相 對(duì)濃度可以被選擇為引導(dǎo)和/或增強(qiáng)復(fù)合，從而提供藍(lán)色波長(zhǎng)范圍(例如，約410nm至約 496nm)上的改進(jìn)的發(fā)光效率。相似地，現(xiàn)在參照?qǐng)D3B，綠色LED芯片303b包括ρ型覆層308b和η型覆層309b 之間的基于氮化銦鎵(InGaN)的有源區(qū)305b?；贗nGaN的有源區(qū)305b是多量子阱結(jié)構(gòu)， 其包括多個(gè)交替的InGaN有源層306b和306b ‘以及InGaN勢(shì)壘層307b、307b ‘和307b"。 在一些實(shí)施例中，LED芯片303b可以對(duì)應(yīng)于圖IA的LED芯片103b。此外，有源層306b和 306b‘可以被配置為與圖2B的LED芯片203b的有源層206b和206b‘相似，用以提供綠 色輸出光315b。然而，勢(shì)壘層307b、307b'和307b “具有不同的銦和鎵的比，其被選擇為 定義多個(gè)順序降低的帶隙能量。此外，銦和/或鎵的濃度可以隨勢(shì)壘層307b'的厚度而變 化，用以提供階躍的/或連續(xù)的漸變，而與覆層309b和308b相鄰的勢(shì)壘層307b和307b" 可以具有固定的濃度。因此，勢(shì)壘層307b、307b'和307b"的相對(duì)濃度可以被選擇為引導(dǎo)
15和/或增強(qiáng)復(fù)合以提供綠色波長(zhǎng)范圍(例如，約495nm至約590nm)上的改進(jìn)的發(fā)光效率。同樣地，現(xiàn)在參照?qǐng)D3C，紅色LED芯片303c包括ρ型覆層308c和η型覆層309c 之間的基于磷化鋁鎵銦(AlGaInP)的有源區(qū)305c。基于InGaN的有源區(qū)305c是多量子阱 結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)交替的AlGaInP有源層306c、306c'和306c 〃以及AlGaInP勢(shì)壘層307c、 307c‘、307c〃和307c' 〃。在一些實(shí)施例中，LED芯片303c可以對(duì)應(yīng)于圖IA的LED芯片 103c。然而，有源層306c、306c'和306c"可以具有不同的鋁、鎵和/或銦的比，其被選擇 為定義多個(gè)不同的帶隙能量用以提供紅色輸出光315c。具體地，鋁、鎵和/或銦的濃度可以 隨有源層306c'和306c"的厚度而變化，而有源層306c可以具有固定的濃度，用以提供具 有彼此相對(duì)不同的形狀的量子阱結(jié)構(gòu)。同樣地，勢(shì)壘層307c、307c'、307c〃和307c' 〃具 有不同的鋁、鎵和/或銦的比，其被選擇為定義多個(gè)不同的帶隙能量。鋁、鎵和/或銦的濃 度可以隨勢(shì)壘層307c “的厚度而變化，用以提供階躍的和/或連續(xù)的漸變，而勢(shì)壘層307c、 307c‘和307c' 〃可以具有固定的濃度。因此，勢(shì)壘層307c、307c'、307c 〃和307c'“ 和/或有源層306c、306c'和306c"的相對(duì)濃度可以被選擇為引導(dǎo)和/或增強(qiáng)復(fù)合，用以 提供紅色波長(zhǎng)范圍(例如，約600nm至約720nm)上的更高的發(fā)光效率。圖4A至4D是圖示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的發(fā)光器件燈的示例性光譜發(fā)射特性 的曲線圖。圖4A圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的藍(lán)色寬帶LED芯片(諸如圖1A、2A和 3A的LED芯片103a、203a和303a)的示例性光譜輸出。如圖4A中所示，藍(lán)色LED芯片發(fā)射 的光定義了藍(lán)色波長(zhǎng)范圍(例如，約410nm 495nm)上的非對(duì)稱光譜分布415a，作為多量 子阱藍(lán)色寬帶LED芯片的有源層提供的不同的窄帶發(fā)射波長(zhǎng)416a的組合的結(jié)果。光譜分 布415a以約465nm的波長(zhǎng)為中心(在這里還被稱為“中心波長(zhǎng)”)，而光譜分布415a的峰 值波長(zhǎng)420a朝向藍(lán)色波長(zhǎng)范圍的末端出現(xiàn)，例如出現(xiàn)在約480nm處。圖4B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的綠色寬帶LED芯片(諸如圖1B、2B和3B 的LED芯片103b、203b和303b)的示例性光譜輸出。現(xiàn)在參照?qǐng)D4B，綠色LED芯片發(fā)射的 光定義了綠色波長(zhǎng)范圍(例如，約495nm 590nm)上的非對(duì)稱光譜分布415b，其得自多量 子阱綠色寬帶LED芯片的有源層提供的不同的窄帶發(fā)射波長(zhǎng)416b的組合。光譜分布415a 以約535nm的波長(zhǎng)為中心，而光譜分布415b的峰值波長(zhǎng)420b朝向綠色波長(zhǎng)范圍的末端出 現(xiàn)，例如出現(xiàn)在約560nm處。圖4C圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的紅色寬帶LED芯片(諸如圖1C、2C和3C 的LED芯片103c、203c和303c)的示例性光譜輸出。如圖4C中所示，紅色LED芯片發(fā)射的 光定義了紅色波長(zhǎng)范圍(例如，約600nm 720nm)上的非對(duì)稱光譜分布415c，作為多量子 阱紅色寬帶LED芯片的有源層提供的不同的窄帶發(fā)射波長(zhǎng)416c的組合的結(jié)果。光譜分布 415c以約665nm的波長(zhǎng)為中心，而光譜分布415c的峰值波長(zhǎng)420c朝向紅色波長(zhǎng)范圍的末 端出現(xiàn)，例如出現(xiàn)在約690nm處。圖4D圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括藍(lán)色、綠色和紅色寬帶LED芯片的 LED燈(諸如圖IA的LED燈100)的組合光譜輸出?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4D，藍(lán)色、綠色和紅色寬 帶LED的光譜分布415a、415b和415c組合提供近似例如日光的光譜分布的整體光譜分布 400。然而，如上文提及的，通過(guò)調(diào)節(jié)藍(lán)色、綠色和/或紅色寬帶LED芯片的有源層的化學(xué)計(jì) 量和/或材料組分，可以改變各LED的發(fā)射光譜的形狀以提供其他所期望的光譜輸出。此 外，考慮到例如熱效應(yīng)、增加的電流密度等的影響，有源層的相對(duì)濃度可以被設(shè)計(jì)為在特定
16的操作條件下產(chǎn)生最佳的光譜。在一些實(shí)施例中，相鄰光譜分布415a、415b和415c的中心 波長(zhǎng)(在圖4D中分別在465nm、535nm和665nm處示出)的分隔可以小于相應(yīng)的半峰半寬 值的和。在一些實(shí)施例中，在光譜分布400內(nèi)任何波長(zhǎng)處發(fā)射的能量(或者光子數(shù)目)可 以不超過(guò)由藍(lán)色、綠色和紅色LED芯片中的任何一個(gè)單獨(dú)地在另一波長(zhǎng)處發(fā)射的能量(或 者光子數(shù)目)的約125%。再者，由于根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的LED燈不包括諸如磷光體 的光轉(zhuǎn)換材料，因此可以提高操作效率。圖5A和5B圖示了根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的LED燈和相應(yīng)的光譜輸出。現(xiàn) 在參照?qǐng)D5A，多芯片LED燈500包括公共基板或基座501，其包括第一和第二管芯安裝區(qū) 域502a和502b。管芯安裝區(qū)域502a和502b均被配置為接納寬帶LED芯片。第一和第二 寬帶LED芯片503a和503b分別安裝在基座501的管芯安裝區(qū)域502a和502b上。諸如磷 光體的光轉(zhuǎn)換材料506被配置為吸收寬帶LED芯片503a和503b中的至少一個(gè)發(fā)射的至少 一些光，并且重新發(fā)射不同波長(zhǎng)的光。在一些實(shí)施例中，光轉(zhuǎn)換材料506可以被配置為在第 一和第二寬帶LED芯片503a和503b發(fā)射的光的波長(zhǎng)范圍之間的波長(zhǎng)范圍上發(fā)射光。應(yīng)認(rèn) 識(shí)到，光轉(zhuǎn)換材料506可以跨越多芯片LED燈500而在厚度或組分上不同。在一個(gè)實(shí)施例 中，LED 503a可以激勵(lì)被配置為在波長(zhǎng)λ abs。A,B處吸收并且在λ emit,B處發(fā)射的光轉(zhuǎn)換材料 506，而LED 503b可以激勵(lì)被配置為在波長(zhǎng)λ abs。A, κ處吸收并且在λ emit,K處發(fā)射的光轉(zhuǎn)換 材料506。在該說(shuō)明性示例中，分布λεωη,Β可以與λεωη,κ重疊或不重疊。更具體地，如圖5Α中所示，第一寬帶LED芯片503a是被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍 (即，在約410 495nm之間)中發(fā)射光的藍(lán)色LED芯片，并且第二 LED芯片503b是被配 置為在紅色波長(zhǎng)范圍(即，在約600 720nm之間)中發(fā)射光的紅色LED芯片。例如，第一 LED芯片503a可以包括GaN多量子阱有源區(qū)，其被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中提供寬帶光輸 出，諸如圖2A的LED芯片203a。同樣地，第二 LED芯片503b可以包括AlGaInP多量子阱有 源區(qū)，其被配置為在紅色波長(zhǎng)范圍中提供寬帶光輸出，諸如圖2C的LED芯片203c。仍然參照?qǐng)D5A，光轉(zhuǎn)換材料506是綠色磷光體，諸如LuAG (鑭系元素+YAG)，其被 配置為吸收寬帶LED芯片503a和503b發(fā)射的至少一些光，并且在綠色波長(zhǎng)范圍(即，在約 495 590之間)中重新發(fā)射光。光轉(zhuǎn)換材料506可以被提供為使用許多不同的技術(shù)至少 部分地覆蓋LED芯片503a和/或503b中的一個(gè)或兩個(gè)。例如，光轉(zhuǎn)換材料506可以被包括 在圍繞LED芯片503a和/或503b的塑料外殼中的封裝材料中。此外和/或可替選地，例 如，如受讓于本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利公開(kāi)No. 2006/0063289中描述的，光轉(zhuǎn)換材料506 可以被直接涂覆在LED芯片503a和/或503b上。在其他技術(shù)中，可以使用旋涂、模塑、絲 網(wǎng)印刷、蒸發(fā)和/或電泳淀積將光轉(zhuǎn)換材料506涂覆在LED芯片503a和/或503b上。而 且，光轉(zhuǎn)換材料506可以由諸如直接帶隙半導(dǎo)體的半導(dǎo)體材料提供。因此，第一和第二寬帶 LED芯片503a和503b以及光轉(zhuǎn)換材料506發(fā)射的光組合提供白色光。圖5B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括藍(lán)色和紅色寬帶LED芯片以及綠色 磷光體的LED燈(諸如圖5A的LED燈500)的組合光譜輸出。現(xiàn)在參照?qǐng)D5B，如光譜分布 515a和515b所示，藍(lán)色和紅色寬帶LED芯片503a和503b分別在約IOOnm的范圍上發(fā)射具 有約465和665nm的中心波長(zhǎng)的光。如圖5B中所示，中心波長(zhǎng)的分隔大于光譜分布515a 和515b的各自半峰半寬值的和。光譜分布515a和515b是非對(duì)稱的，峰值波長(zhǎng)分別朝向藍(lán) 色和紅色波長(zhǎng)范圍的末端出現(xiàn)。此外，如光譜分布515c所示，光轉(zhuǎn)換材料506吸收來(lái)自藍(lán)色和紅色LED芯片503a和503b的至少一些光并且在約IOOnm的范圍上發(fā)射具有約535nm 的中心波長(zhǎng)的光。藍(lán)色和紅色寬帶LED芯片503a和503b以及綠色光轉(zhuǎn)換材料506發(fā)射的 光的組合提供整體的光譜分布505，其被感知為白色光。盡管在圖5A和5B中參照特定材料進(jìn)行說(shuō)明，但是可以為第一和第二寬帶LED芯 片503a和503b和/或光轉(zhuǎn)換材料506選擇不同的材料，用以在相對(duì)高的效率下提供CRI 相對(duì)高的白色光輸出。此外，盡管被圖示為包括兩個(gè)寬帶LED芯片和單個(gè)光轉(zhuǎn)換材料，但是 另外的寬帶LED和/或光轉(zhuǎn)換材料可以被包括在根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的LED燈中，用 以提供所期望的光譜輸出。因此，較之常規(guī)的基于LED的燈，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括多個(gè)寬帶LED芯 片的多芯片燈可以被配置為以相對(duì)高的效率提供高CRI的白色光輸出?？梢允褂美纾m 當(dāng)?shù)幕迳系耐庋由L(zhǎng)(其使用金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)、混合氣相外延(HVPE)、分子束 外延(MBE)和/或其他技術(shù))來(lái)制造這里討論的寬帶LED芯片。此外，可以使用構(gòu)圖、蝕刻 和/或電介質(zhì)和金屬淀積技術(shù)和/或其他技術(shù)來(lái)制造LED芯片。這里描述的寬帶LED芯片的尺寸和設(shè)計(jì)可以被調(diào)節(jié)和/或最優(yōu)化以提供所期望的 光譜輸出，諸如例如，關(guān)于給定電流發(fā)射的許多光子。還可以在尺寸和/或設(shè)計(jì)上調(diào)節(jié)各個(gè) 寬帶LED以提供與驅(qū)動(dòng)電流源的更好的匹配。可替選地，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的多芯 片燈中的每個(gè)寬帶LED可以由分立的電流源激勵(lì)，從而所發(fā)射的相關(guān)的光可以被調(diào)節(jié)和/ 或最優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)所期望的整體光譜輸出。在附圖和說(shuō)明書(shū)中，公開(kāi)了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，在實(shí)質(zhì)上不偏離本發(fā)明 的原理的情況下，可以針對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行許多變化和修改。因此，盡管使用了特定的術(shù) 語(yǔ)，但是它們僅是在一般的和描述性的意義上使用的，并非用于限制的目的，本發(fā)明的范圍 由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件LED燈，包括寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，所述多量子阱有源區(qū)包括多個(gè)交替的有源層和 勢(shì)壘層，所述多個(gè)有源層分別包括半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素并且分別 被配置為發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光，所述多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光組合提供白色 光的外觀。
2.如權(quán)利要求1所述的燈，其中，所述寬帶LED芯片發(fā)射的光的光譜分布具有大于約 35納米(nm)的半峰全寬FWHM。
3.一種用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件LED燈，包括第一寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第一多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在第一波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光；以及第二寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第二多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第二多個(gè)有源層分別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在第二波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光，其中所述 第二波長(zhǎng)范圍包括大于所述第一波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)，其中，所述第二半導(dǎo)體化合物具有比所述第一半導(dǎo)體化合物窄的帶隙，以及其中，所述 第一和第二寬帶LED芯片發(fā)射的光組合提供白色光的外觀。
4.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一和第二寬帶LED芯片中的至少一 個(gè)發(fā)射的光的光譜分布具有大于約35納米(nm)的半峰全寬FWHM。
5.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，與所述第二寬帶LED芯片發(fā)射的光相關(guān)聯(lián) 的非輻射能量損失小于所述第一寬帶LED芯片發(fā)射的光的非輻射能量損失。
6.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一寬帶LED芯片發(fā)射的光限定了所 述第一波長(zhǎng)范圍上的第一光譜分布，其中，所述第二寬帶LED芯片發(fā)射的光限定了所述第 二波長(zhǎng)范圍上的第二光譜分布，以及其中，和第二光譜分布的相應(yīng)半峰半寬值的和。
7.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，進(jìn)一步包括第三寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第三多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第三多個(gè)有源層分別包括第三半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在第三波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光，其中所述 第三波長(zhǎng)范圍包括大于所述第二波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)，其中所述第三半導(dǎo)體化合物具有比所述第二半導(dǎo)體化合物窄的帶隙，以及其中，所述 第一、第二和第三寬帶LED芯片發(fā)射的光組合提供白色光的外觀。
8.如權(quán)利要求7所述的多芯片LED燈，其中，與所述第三寬帶LED芯片發(fā)射的光相關(guān)聯(lián) 的非輻射能量損失小于所述第二寬帶LED芯片發(fā)射的光的非輻射能量損失。
9.如權(quán)利要求7所述的多芯片LED燈，其中，所述第一寬帶LED芯片發(fā)射的光限定所述 第一波長(zhǎng)范圍上的第一光譜分布，其中，所述第二寬帶LED芯片發(fā)射的光限定所述第二波 長(zhǎng)范圍上的第二光譜分布，其中，所述第三寬帶LED芯片發(fā)射的光限定所述第三波長(zhǎng)范圍 上的第三光譜分布，其中，所述第一和第二光譜分布的相應(yīng)中心波長(zhǎng)之間的分隔不大于所 述第一和第二光譜分布的相應(yīng)半峰半寬值的和，以及所述第二和第三光譜分布的相應(yīng)中心 波長(zhǎng)之間的分隔不大于所述第二和第三光譜分布的相應(yīng)半峰半寬值的和。
10.如權(quán)利要求7所述的多芯片LED燈，其中，所述第一波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)于藍(lán)色光，其中， 所述第二波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)于綠色光，以及其中，所述第三波長(zhǎng)范圍對(duì)應(yīng)于紅色光。
11.如權(quán)利要求10所述的多芯片LED燈，其中，所述第一、第二和第三波長(zhǎng)范圍中的每 一個(gè)大于約30納米(nm)。
12.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一和/或第二寬帶LED芯片發(fā)射 的光限定所述第一和/或第二波長(zhǎng)范圍上的非對(duì)稱光譜分布。
13.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，與在所述第一和/或第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的 波長(zhǎng)處發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的能量不大于與所述第一和第二寬帶LED芯片中的一個(gè)在所述第 一和/或第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的另一波長(zhǎng)處發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的能量的約125%。
14.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，在所述第一和/或第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波 長(zhǎng)處發(fā)射的光子的數(shù)目不大于所述第一和第二寬帶LED芯片中的一個(gè)在所述第一和/或第 二波長(zhǎng)范圍內(nèi)的另一波長(zhǎng)處發(fā)射的光子的數(shù)目的約125%。
15.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述燈不包括光轉(zhuǎn)換材料。
16.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一和/或第二多個(gè)勢(shì)壘層基于各 自的第一和/或第二多個(gè)有源層的相對(duì)濃度，分別包括所述第一和/或第二半導(dǎo)體化合物 的濃度漸變的相應(yīng)元素，從而增強(qiáng)其中載流子的復(fù)合。
17.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一和第二半導(dǎo)體化合物包括不同 的族III-V化合物。
18.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一半導(dǎo)體化合物包括GaN。
19.如權(quán)利要求18所述的多芯片LED燈，其中，所述多個(gè)第一有源層包括Inai3Gaa87N 的第一層、Inai5Gaa85N的第二層和Inai7Gaa83N的第三層。
20.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第二半導(dǎo)體化合物包括InGaN。
21.如權(quán)利要求20所述的多芯片LED燈，其中，所述多個(gè)第二有源層包括IrixGai_xN的 第一層和InyGai_yN的第二層，其中，χ和y不相等。
22.如權(quán)利要求20所述的多芯片LED燈，其中，所述多個(gè)第二有源層包括Ina2tlGaa8tlN 的第一層、Ina22Gaa78N的第二層和Ina26Gaa74N的第三層。
23.如權(quán)利要求7所述的多芯片LED燈，其中，所述第三半導(dǎo)體化合物包括AlGalnP。
24.如權(quán)利要求23所述的多芯片LED燈，其中，所述多個(gè)第三有源層包括AlxGayIni_x_yP 的第一層和AlwGazIn1TzP的第二層，其中，χ和w不相等，以及其中，y和z不相等。
25.如權(quán)利要求3所述的多芯片LED燈，其中，所述第一寬帶LED芯片發(fā)射的光限定所 述第一波長(zhǎng)范圍上的第一光譜分布，其中，所述第二寬帶LED芯片發(fā)射的光限定所述第二 波長(zhǎng)范圍上的第二光譜分布，以及其中，所述第一和第二光譜分布的相應(yīng)中心波長(zhǎng)之間的 分隔不小于所述第一和第二光譜分布的相應(yīng)半峰半寬值的和。
26.如權(quán)利要求25所述的多芯片LED燈，進(jìn)一步包括光轉(zhuǎn)換材料，被配置為吸收所述第一和/或第二寬帶LED芯片發(fā)射的至少一些光并且 在所述第一和第二波長(zhǎng)范圍之間的第三波長(zhǎng)范圍上重新發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的 光，以使得所述第一和第二寬帶LED芯片以及所述光轉(zhuǎn)換材料發(fā)射的光組合提供白色光。
27.如權(quán)利要求27所述的燈，其中，所述光轉(zhuǎn)換材料不直接位于所述第一和/或第二寬 帶LED芯片上。
28.一種用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件LED燈，包括藍(lán)色寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第一多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光；綠色寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第二多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第二多個(gè)有源層分別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在綠色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光；以及紅色寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第三多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第三多個(gè)有源層分別包括第三半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在紅色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光，其中，所述第三半導(dǎo)體化合物具有比所述第二半導(dǎo)體化合物窄的帶隙，其中，所述第 二半導(dǎo)體化合物具有比所述第一半導(dǎo)體化合物窄的帶隙，以及其中，所述藍(lán)色、綠色和紅色 LED芯片發(fā)射的光組合提供白色光的外觀。
29.如權(quán)利要求28所述的多芯片LED燈，其中，與所述綠色LED芯片發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的 非輻射能量損失小于所述藍(lán)色LED芯片發(fā)射的光的非輻射能量損失，以及其中，與所述紅 色LED芯片發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的非輻射能量損失小于所述綠色LED芯片發(fā)射的光的非輻射能 量損失。
30.如權(quán)利要求28所述的多芯片LED燈，其中，所述藍(lán)色、綠色和/或紅色LED芯片發(fā) 射的光限定相應(yīng)波長(zhǎng)范圍上的非對(duì)稱光譜分布。
31.如權(quán)利要求28所述的多芯片LED燈，其中，所述燈不包括光轉(zhuǎn)換材料。
32.如權(quán)利要求28所述的多芯片LED燈，其中，所述第一半導(dǎo)體化合物包括GaN，其中， 所述第二半導(dǎo)體化合物包括InGaN，以及其中，所述第三半導(dǎo)體化合物包括AlGnInP。
33.一種用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件LED燈，包括藍(lán)色寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第一多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光；紅色寬帶LED芯片，包括多量子阱有源區(qū)，該多量子阱有源區(qū)包括第二多個(gè)交替的有 源層和勢(shì)壘層，所述第二多個(gè)有源層分別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩 種元素并且分別被配置為在紅色波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光；以及光轉(zhuǎn)換材料，被配置為吸收藍(lán)色和/或紅色LED芯片發(fā)射的至少一些光并且在綠色波 長(zhǎng)范圍上重新發(fā)射光，其中，所述第二半導(dǎo)體化合物具有比所述第一半導(dǎo)體化合物窄的帶隙，以及其中，所述 藍(lán)色和紅色LED芯片以及所述光轉(zhuǎn)換材料發(fā)射的光組合提供白色光的外觀。
34.如權(quán)利要求33所述的多芯片LED燈，其中，所述第一半導(dǎo)體化合物包括GaN，其中， 所述第二半導(dǎo)體化合物包括AlGaInP。
35.如權(quán)利要求33所述的多芯片LED燈，其中，所述第一半導(dǎo)體化合物的帶隙和與所述 藍(lán)色LED芯片發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的能量之間的差小于所述第二半導(dǎo)體化合物的帶隙和與所 述紅色LED芯片發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的能量之間的差。
全文摘要
一種用于提供白色光的多芯片發(fā)光器件(LED)燈包括第一和第二寬帶LED芯片。第一寬帶LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第一多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層。第一多個(gè)有源層分別包括第一半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素，并且分別被配置為在第一波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。第二寬帶LED芯片包括多量子阱有源區(qū)，其包括第二多個(gè)交替的有源層和勢(shì)壘層。第二多個(gè)有源層分別包括第二半導(dǎo)體化合物的相對(duì)濃度不同的至少兩種元素，并且分別被配置為在包括大于第一波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)范圍上發(fā)射具有多個(gè)不同的發(fā)射波長(zhǎng)的光。第一和第二LED芯片發(fā)射的光組合提供白色光。還討論了相關(guān)的器件。
文檔編號(hào)H01L33/50GK101999169SQ200980109299
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月15日
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