專利名稱：半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及半導(dǎo)體發(fā)光裝置。本發(fā)明特別適用于具有改善亮度的半導(dǎo)體發(fā)光
直O(jiān)
背景技術(shù)：
發(fā)光裝置用于投影顯示系統(tǒng)、液晶顯示器的背光源等等在內(nèi)的多種不同的應(yīng)用 中。投影系統(tǒng)通常使用一個(gè)或多個(gè)白色光源，例如高壓汞燈。通常將白色光束分離成三原 色(紅、綠和藍(lán))并且引導(dǎo)至各自的圖像形成空間光調(diào)制器，以產(chǎn)生各個(gè)原色的圖像。將所 得的原色圖像光束進(jìn)行組合并且投影到用于觀看的投影屏幕上。近來，發(fā)光二極管(LED)已被視為白色光源的替代源。LED具有提供可與常規(guī)光源 相媲美的亮度和運(yùn)行壽命的潛能。然而，目前的LED由于(例如)高折射率區(qū)內(nèi)的光俘獲 而相對(duì)效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
一般來講，本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu) 造包括半導(dǎo)體勢(shì)阱，用于將至少一部分第一波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光；外層， 所述外層設(shè)置在半導(dǎo)體勢(shì)阱上并且具有第一折射率；以及結(jié)構(gòu)化層，設(shè)置在外層上并且具 有小于第一折射率的第二折射率。結(jié)構(gòu)化層包括直接設(shè)置在外層上的多個(gè)結(jié)構(gòu)體以及暴露 外層的多個(gè)開口。半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造還包括結(jié)構(gòu)化外涂層，所述結(jié)構(gòu)化外涂層直接設(shè)置在 結(jié)構(gòu)化層的至少一部分以及位于多個(gè)開口內(nèi)的外層的一部分上。外涂層具有大于第二折射 率的第三折射率。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化外涂層的平均厚度不超過約lOOOnm、或不超過約 700nm。在一些情況下，外涂層的外表面與結(jié)構(gòu)化層的外表面一致。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種發(fā)光系統(tǒng)包括LED和光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)造降頻 轉(zhuǎn)換由LED發(fā)射的光并且具有結(jié)構(gòu)化最外表面。結(jié)構(gòu)化表面具有暴露光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的內(nèi)層的 多個(gè)開口。所述發(fā)光系統(tǒng)還包括形成于結(jié)構(gòu)化最外表面和內(nèi)層的暴露區(qū)域上的結(jié)構(gòu)化外涂 層。結(jié)構(gòu)化外涂層增強(qiáng)了來源于光轉(zhuǎn)換構(gòu)造中的光提取。外涂層的外表面與結(jié)構(gòu)化最外表 面一致。在一些情況下，外涂層的折射率位于約1. 8至約2. 7的范圍內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括第一半導(dǎo)體層，用于吸收第一波 長(zhǎng)的光的至少一部分；半導(dǎo)體勢(shì)阱，用于將所吸收的第一波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成更 長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光；以及第二半導(dǎo)體層，能夠吸收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分。第一半導(dǎo) 體層在第二波長(zhǎng)下具有最大第一折射率。第二半導(dǎo)體層在第二波長(zhǎng)下具有大于最大第一折 射率的第二折射率。在一些情況下，第一半導(dǎo)體層的帶隙能量大于第二波長(zhǎng)的光子的能量。 在一些情況下，第二半導(dǎo)體層的帶隙能量大于第二波長(zhǎng)的光子的能量。在一些情況下，第二 半導(dǎo)體層的帶隙能量小于第一半導(dǎo)體層的最小帶隙能量。在一些情況下，第一半導(dǎo)體層的 帶隙能量大于半導(dǎo)體勢(shì)阱的躍遷能量。在一些情況下，第二半導(dǎo)體層的帶隙能量大于半導(dǎo) 體勢(shì)阱的躍遷能量。在一些情況下，當(dāng)利用光譜中心位于第一波長(zhǎng)并且包括長(zhǎng)于第一波長(zhǎng)
5的波長(zhǎng)λ e的入射光照射時(shí)，第一半導(dǎo)體層吸收第一波長(zhǎng)的光但不吸收的光，并且第二 半導(dǎo)體層吸收的光。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括第一半導(dǎo)體層，用于吸收第一波 長(zhǎng)的光的至少一部分；半導(dǎo)體勢(shì)阱，用于將所吸收的第一波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成更 長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光；以及第二半導(dǎo)體層，能夠吸收第一波長(zhǎng)的光的至少一部分。第二半導(dǎo)體 層的帶隙能量小于第一半導(dǎo)體層的最小帶隙能量。在一些情況下，第一半導(dǎo)體層的帶隙能 量大于第二波長(zhǎng)的光子的能量。在一些情況下，第二半導(dǎo)體層的帶隙能量大于第二波長(zhǎng)的 光子的能量。在一些情況下，第二半導(dǎo)體層在第二波長(zhǎng)下的折射率大于第一半導(dǎo)體層在第 二波長(zhǎng)下的最大折射率。在一些情況下，第一半導(dǎo)體層的帶隙能量大于半導(dǎo)體勢(shì)阱的躍遷 能量。在一些情況下，第二半導(dǎo)體層的帶隙能量大于半導(dǎo)體勢(shì)阱的躍遷能量。在一些情況 下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括多個(gè)具有相同躍遷能量的半導(dǎo)體勢(shì)阱。在一些情況下，半導(dǎo)體光 轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括多個(gè)具有不同躍遷能量的半導(dǎo)體勢(shì)阱。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種光學(xué)構(gòu)造包括第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層在可見 光內(nèi)的第一波長(zhǎng)下具有折射率H1 ；第二半導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層設(shè)置在第一半導(dǎo)體層 上并且在第一波長(zhǎng)下具有折射率η2，其中η2小于H1 ；第三半導(dǎo)體層，所述第三半導(dǎo)體層設(shè)置 在第二半導(dǎo)體層上并且在第一波長(zhǎng)下具有折射率η3，其中η3大于η2 ；結(jié)構(gòu)化層，所述結(jié)構(gòu)化 層直接設(shè)置在第三半導(dǎo)體層上；以及外涂層，所述外涂層直接設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層的至少一部 分上。該光學(xué)構(gòu)造在第一波長(zhǎng)下為基本透射性的。在一些情況下，外涂層包括光子晶體。在 一些情況下，第一半導(dǎo)體層為勢(shì)阱。在一些情況下，第二半導(dǎo)體層基本吸收第一波長(zhǎng)而非第 二波長(zhǎng)的光。在一些情況下，第三半導(dǎo)體層基本吸收第一波長(zhǎng)而非第二波長(zhǎng)的光。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種發(fā)光系統(tǒng)包括光源，所述光源發(fā)射第一波長(zhǎng)和更長(zhǎng)的第 二波長(zhǎng)的光；一個(gè)或多個(gè)第一半導(dǎo)體光吸收層，所述一個(gè)或多個(gè)第一半導(dǎo)體光吸收層能夠 吸收第一波長(zhǎng)而非第二波長(zhǎng)的光。所述一個(gè)或多個(gè)第一半導(dǎo)體光吸收層吸收由光源發(fā)射的 光的至少80%。所述發(fā)光系統(tǒng)還包括半導(dǎo)體勢(shì)阱，所述半導(dǎo)體勢(shì)阱將由所述一個(gè)或多個(gè) 第一半導(dǎo)體光吸收層吸收的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成較長(zhǎng)波長(zhǎng)的輸出光；以及一個(gè)或多個(gè)第 二半導(dǎo)體光吸收層，所述一個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體光吸收層能夠吸收第二波長(zhǎng)的光。所述一 個(gè)或多個(gè)第二半導(dǎo)體光吸收層吸收由光源發(fā)射的剩余光。在一些情況下，所述一個(gè)或多個(gè) 第一半導(dǎo)體光吸收層吸收由光源發(fā)射的光的至少90%。在一些情況下，所述一個(gè)或多個(gè)第 一半導(dǎo)體光吸收層吸收由光源發(fā)射的光的至少95%。在一些情況下，所述發(fā)光系統(tǒng)包括多 個(gè)具有相同或不同躍遷能量的半導(dǎo)體勢(shì)阱。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體 層具有帶隙能量Eabs，以用于吸收入射光的一部分而非全部；半導(dǎo)體勢(shì)阱，所述半導(dǎo)體勢(shì)阱 具有小于Eabs的躍遷能量Ete，以用于降頻轉(zhuǎn)換所吸收的入射光的至少一部分；以及第二半 導(dǎo)體層，所述第二半導(dǎo)體層具有小于Eabs且大于Ete的帶隙能量Elb，以用于吸收剩余的入射 光。在一些情況下，由第一半導(dǎo)體層吸收的入射光部分以及由第二半導(dǎo)體層吸收的剩余入 射光包括不同波長(zhǎng)的光譜區(qū)。在一些情況下，所述半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造還包括具有大于Eabs的 帶隙能量Ew的半導(dǎo)體窗。在一些情況下，Ew大于入射光的光子能量。在一些情況下，第一 半導(dǎo)體層毗鄰半導(dǎo)體勢(shì)阱。在一些情況下，第一半導(dǎo)體層緊鄰半導(dǎo)體勢(shì)阱。在一些情況下， 第一半導(dǎo)體層設(shè)置在半導(dǎo)體勢(shì)阱和第二半導(dǎo)體層之間。在一些情況下，第一和第二半導(dǎo)體層中的每一個(gè)均緊鄰半導(dǎo)體勢(shì)阱。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種制造用于從基材中提取光的光學(xué)構(gòu)造的方法，包括下述 步驟(a)提供具有表面的基材；(b)將多個(gè)結(jié)構(gòu)體設(shè)置在基材的表面上，其中所述多個(gè)結(jié) 構(gòu)體形成暴露基材的表面的開口區(qū)域；(C)使結(jié)構(gòu)體的至少一些結(jié)構(gòu)體縮小；以及(d)涂布 外涂層，以覆蓋縮小結(jié)構(gòu)體和位于開口區(qū)域內(nèi)的基材表面。在一些情況下，步驟(C)是通 過將蝕刻劑涂布到所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體上來進(jìn)行的。在一些情況下，在施加蝕刻劑之后通過所 述多個(gè)結(jié)構(gòu)體會(huì)降低基材表面的覆蓋百分比。在一些情況下，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體包括聚苯乙 烯。在一些情況下，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體包括多個(gè)粒子。在一些情況下，所述多個(gè)粒子在施加蝕 刻劑之前為基本球形并且在施加蝕刻劑之后為基本錐狀。在一些情況下，按順序進(jìn)行步驟 (a)至(d)。在一些情況下，該方法還包括軟熔結(jié)構(gòu)體中的至少一些結(jié)構(gòu)體的步驟，其中在 一些情況下，軟熔結(jié)構(gòu)體中的至少一些結(jié)構(gòu)體的步驟是通過向所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體施加熱來進(jìn) 行的。在一些情況下，使粒子中的至少一些粒子縮小和軟熔是同時(shí)進(jìn)行的。在一些情況下， 結(jié)構(gòu)體在步驟(c)中縮小至少20%、或至少40%。在一些情況下，步驟(d)中的外涂層包 括結(jié)構(gòu)化外涂層。在一些情況下，步驟(d)中的外涂層具有與多個(gè)結(jié)構(gòu)體的外表面一致的 外結(jié)構(gòu)化表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種在基材表面上制造用于從基材中提取光的多個(gè)結(jié)構(gòu)體的 方法，包括下述步驟(a)提供具有表面的基材；(b)確定基材表面中的所需第一面積覆蓋 百分比；(c)將多個(gè)結(jié)構(gòu)體設(shè)置在基材的表面上，以產(chǎn)生大于所需第一面積覆蓋百分比的 第二面積覆蓋百分比；以及(d)使結(jié)構(gòu)體中的至少一些結(jié)構(gòu)體縮小，以將該面積覆蓋百分 比降至所需第一面積覆蓋百分比。在一些情況下，該方法還包括涂布結(jié)構(gòu)化外涂層以覆蓋 縮小結(jié)構(gòu)體和未被覆蓋區(qū)域內(nèi)的基材表面的步驟。在一些情況下，該方法還包括軟熔多個(gè) 結(jié)構(gòu)體中的至少一些結(jié)構(gòu)體的步驟。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種光轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括熒光體板，所述熒光體板具有第一折射 率，以用于將第一波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光；以及結(jié)構(gòu)化層，所述 結(jié)構(gòu)化涂層設(shè)置在熒光體板上并且具有小于第一折射率的第二折射率。結(jié)構(gòu)化層包括直接 設(shè)置在熒光體板上的多個(gè)結(jié)構(gòu)體和暴露熒光體板的多個(gè)開口。所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)造還包括結(jié) 構(gòu)化外涂層，所述結(jié)構(gòu)化外涂層直接設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層的至少一部分上以及多個(gè)開口內(nèi)的熒 光體板的一部分上。結(jié)構(gòu)化外涂層具有大于第二折射率的第三折射率。在一些情況下，結(jié) 構(gòu)化外涂層增強(qiáng)了從熒光體板對(duì)第二波長(zhǎng)的光的提取。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化外涂層包括 Si3N4, ZnS, ZnSe, ZnSSe, ΙΤ0, TiO2, ZrO2, Ta2O5, HfO2、和硅酸鹽中的至少一種。在一些情況 下，第一和第二折射率之間的差值至少為0. 3、或至少為0. 5、或至少為0. 7、或至少為0. 9。 在一些情況下，第三和第二折射率之間的差值至少為0. 3、或至少為0. 5、或至少為0. 7、或 至少為0.9。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化外涂層的結(jié)構(gòu)化外表面與結(jié)構(gòu)化層的外表面一致。在一 些情況下，所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)造還包括封裝光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的封殼。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化外涂層在 第二波長(zhǎng)下的折射率位于約1. 35至約2. 2的范圍內(nèi)。


結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例所做的以下詳細(xì)描述將有利于更完整地理解和 體會(huì)本發(fā)明，其中
圖1為發(fā)光系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖2為結(jié)構(gòu)化層和外涂層的示意性側(cè)視圖；圖3為另一個(gè)結(jié)構(gòu)化層和另一個(gè)外涂層的示意性側(cè)視圖；圖4為另一個(gè)結(jié)構(gòu)化層和另一個(gè)外涂層的示意性側(cè)視圖；圖5A和5B分別為單層納米粒子和多層納米粒子的掃描電鏡(SEM)圖像；圖6A和6B分別為外涂布的單層納米粒子和外涂布的多層納米粒子的SEM圖像；圖7為另一個(gè)外涂布的單層納米粒子的SEM圖像；圖8為發(fā)光系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖9為發(fā)射光的示意性強(qiáng)度光譜；圖10為光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖11為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖12為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖13為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖14為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖15為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖16為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖17為另一個(gè)光轉(zhuǎn)換器的示意性能帶圖；圖18為光學(xué)構(gòu)造的示意性側(cè)視圖；圖19為發(fā)光系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖20為計(jì)算的提取效率百分比隨外涂層折射率進(jìn)行變化的圖線；圖21A-21C為在制造光學(xué)構(gòu)造的過程中的中間階段或步驟處的裝置的示意圖；圖22A為單層聚苯乙烯粒子的SEM圖像；圖22B為圖22A中的經(jīng)蝕刻和軟熔的粒子的SEM圖像；圖22C為圖22B中的利用SiS外涂布的粒子的SEM圖像；圖23為光源的示意性側(cè)視圖；并且圖M為計(jì)算的提取效率百分比隨外涂層折射率進(jìn)行變化的圖線。在多個(gè)附圖中使用的相同附圖標(biāo)記表示具有相同或相近特性和功能的相同元件 或相近元件。
具體實(shí)施例方式本專利申請(qǐng)公開了包括半導(dǎo)體光源和一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體發(fā)光裝置， 其中所述轉(zhuǎn)換器可為半導(dǎo)體波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器。本專利申請(qǐng)還公開了用于增強(qiáng)光提取的結(jié)構(gòu)體。一些公開的裝置具有得自諸如III-V族之類的同一半導(dǎo)體族的光源和光轉(zhuǎn)換層。 在這種情況下，直接在諸如III-V族LED之類的III-V光源上來一體化地生長(zhǎng)和制造(例 如HII-V波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是可行的。然而，在一些情況下，具有所需輸出波長(zhǎng)、高轉(zhuǎn)換效率或其 他所需特性的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可得自下述半導(dǎo)體族，所述半導(dǎo)體族不同于LED所歸屬的半導(dǎo)體 族。在這種情況下，在一個(gè)元件上高質(zhì)量地生長(zhǎng)另一個(gè)元件是不可能的或不可行的。例如， 高效率波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可得自II-VI族，而諸如LED之類的光源可得自III-V族。在這種情況 下，可使用各種方法將光轉(zhuǎn)換器附接到光源上。一些此類方法描述于2007年12月10日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/0U608中。本專利申請(qǐng)中所公開的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器降頻轉(zhuǎn)換由光源發(fā)射的光。如本文所用的，降 頻轉(zhuǎn)換是指轉(zhuǎn)換光的波長(zhǎng)大于未轉(zhuǎn)換光或入射光的波長(zhǎng)。圖19為發(fā)光系統(tǒng)1900的示意性側(cè)視圖，發(fā)光系統(tǒng)1900包括光源1910、光轉(zhuǎn)換層 1920和光提取層1930。光源1910發(fā)射通常位于光譜的UV或藍(lán)色區(qū)域內(nèi)的第一波長(zhǎng)X1W 光1915。光轉(zhuǎn)換層1920將光1915的至少一部分轉(zhuǎn)換成通常位于光譜的綠色或紅色區(qū)域內(nèi) 的較長(zhǎng)第二波長(zhǎng)λ 2的光1925。光提取層1930通過從光轉(zhuǎn)換層1920中增強(qiáng)光1925的提 取來改善發(fā)光系統(tǒng)的輸出光的亮度或強(qiáng)度。例如，光提取層1930提取將會(huì)被光轉(zhuǎn)換層1920 俘獲或者說是未被光轉(zhuǎn)換層透射的光。通常，光轉(zhuǎn)換層1920可包括能夠?qū)⒌谝徊ㄩL(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二波長(zhǎng) 的光的任何成分或材料。例如，層1920可包括熒光體、熒光染料、諸如聚芴之類的共軛發(fā)光 有機(jī)材料、光致發(fā)光半導(dǎo)體層、半導(dǎo)體勢(shì)阱、或者組件或多個(gè)半導(dǎo)體量子點(diǎn)?？捎糜诠廪D(zhuǎn)換 層1920中的示例性熒光體包括硫化鎵酸鍶、摻雜GaN、銅激活硫化鋅、和銀激活硫化鋅。其 他可用的熒光體包括摻雜釔鋁石榴石(YAG)、硅酸鹽、氮氧化硅、氮化硅和基于鋁酸鹽的熒 光體。這種熒光體的實(shí)例包括 Ce:YAG, SrSiON:Eu、SrBaSiO:Eu、SrSiN:Eu 和 BaSrSiN:Eu。在一些情況下，光轉(zhuǎn)換層1920可包括諸如Ce:YAG板之類的板熒光體。Ce:YAG板 的制備方式可為(例如)在高溫和高壓下燒結(jié)Ce:YAG熒光體粒子來形成基本上光學(xué)透明 的且不散射的板，如在(例如)美國(guó)專利號(hào)7，361，938中所述。光提取層1930包括直接設(shè)置在光轉(zhuǎn)換層1920上的結(jié)構(gòu)化層1940、設(shè)置在結(jié)構(gòu)化 層上的諸如結(jié)構(gòu)化外涂層1950之類的外涂層1950。結(jié)構(gòu)化層1940包括直接設(shè)置在光轉(zhuǎn)換 層1920上的多個(gè)結(jié)構(gòu)體。在一些情況下，外涂層的外表面與結(jié)構(gòu)化層的外表面一致。在一些情況下，結(jié)構(gòu)體在λ 2下的折射率小于光轉(zhuǎn)換層1920中的最外層在同一波 長(zhǎng)下的折射率?？赏ㄟ^下述方式將低折射率的結(jié)構(gòu)化層1940形成于光轉(zhuǎn)換層的輸出表面 1921上，所述方式為(例如)圖案化(例如，光致圖案化)輸出表面上的光致抗蝕劑、或者 將部分或完整單層的粒子或者多層粒子(例如納米粒子)沉積到輸出表面上。在一些情況 下，結(jié)構(gòu)化層可包含空氣，以例如用于降低結(jié)構(gòu)化層在λ 2下的折射率。例如，在一些情況 下，結(jié)構(gòu)化層可包括輸出表面1921上的中空結(jié)構(gòu)或粒子?？赏ㄟ^例如下述方式將包含空氣 或氣穴的結(jié)構(gòu)化層1940形成于輸出表面上，所述方式為圖案化輸出表面上的材料(例如有 機(jī)材料)、利用外涂層來外涂布圖案化材料、并且移除外涂布圖案化材料中的部分(例如通 過高溫下分解該部分)來形成空氣區(qū)域。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層1940中的結(jié)構(gòu)體的折射 率小于光轉(zhuǎn)換層1920中緊鄰結(jié)構(gòu)化層的最外層的折射率。外涂層1950增強(qiáng)了光轉(zhuǎn)換層1920中的光提取。在一些情況下，外涂層可包含玻 璃質(zhì)材料或金屬氧化物，例如A1203、Ti02、Zr02、La2O3> iTa2O5、HfO2、硅酸鹽、氮化硅、氮氧化硅 或銦錫氧化物。在一些情況下，外涂層可為半導(dǎo)體外涂層，例如含有&iS、a^e、ZnO或諸如 ZnSxSe1^x之類的半導(dǎo)體合金的外涂層。在一些情況下，外涂層可為溶膠-凝膠，例如致密的 溶膠-凝膠。在一些情況下，外涂層的折射率大于光轉(zhuǎn)換層1920中緊鄰結(jié)構(gòu)化層的最外層 的折射率。圖1為包括電致發(fā)光裝置110和半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115的半導(dǎo)體發(fā)光元件105的 示意性側(cè)視圖，電致發(fā)光裝置110發(fā)射具有光子能量E1的第一波長(zhǎng)λ i的光，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換
9構(gòu)造115用于將第一波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成具有光子能量氏的較長(zhǎng)第二波長(zhǎng)λ 2的光。半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115包括面向電致發(fā)光裝置110的第一窗120、設(shè)置在第一窗上 的第一吸收層130、設(shè)置在第一吸收層上的勢(shì)阱140、設(shè)置在勢(shì)阱上的第二吸收層131、設(shè)置 在第二吸收層上的第二窗121、直接設(shè)置在第二窗上的結(jié)構(gòu)化層150、設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層上的 外涂層160、以及設(shè)置在外涂層上并且包封半導(dǎo)體電致發(fā)光元件105的封殼170。通常，光轉(zhuǎn)換器118可包含能夠?qū)⒌谝徊ㄩL(zhǎng)λ工的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二波 長(zhǎng)λ2的光的任何成分。例如，光轉(zhuǎn)換器118可包含熒光體、熒光染料、諸如聚芴之類的共 軛發(fā)光有機(jī)材料。可用于光轉(zhuǎn)換器118中的示例性熒光體包括硫化鎵酸鍶、摻雜GaN、銅激 活硫化鋅和銀激活硫化鋅。在一些情況下，層140可包含勢(shì)阱、量子阱、量子點(diǎn)、或者多種或多個(gè)上述材料。例 如與有機(jī)材料相比，諸如無機(jī)半導(dǎo)體勢(shì)阱和量子阱之類的無機(jī)勢(shì)阱和量子阱通常具有增強(qiáng) 的光轉(zhuǎn)換效率、并且由于不太易受諸如水分之類的環(huán)境因素的影響而較為可靠。此外，無機(jī) 勢(shì)阱和量子阱往往會(huì)具有較窄的輸出光譜，從而導(dǎo)致(例如)改善的色域。如本文所用的，勢(shì)阱是指設(shè)計(jì)成將載流子僅限定在一個(gè)維度上的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 中的半導(dǎo)體層，其中所述半導(dǎo)體層具有低于圍繞層的導(dǎo)帶能和/或高于圍繞層的價(jià)帶能。 量子阱通常是薄得足以使量子化效應(yīng)提升阱中電子-空穴對(duì)復(fù)合能量的勢(shì)阱。量子阱通常 具有約IOOnm或更小、或者約IOnm或更小的厚度。量子點(diǎn)通常具有約IOOnm或更小、或者 約IOnm或更小的最大尺寸。在一些情況下，勢(shì)阱或量子阱140包括躍遷能量Epw小于由電致發(fā)光裝置110發(fā)射 的光子的能量E1的II-VI半導(dǎo)體勢(shì)阱或量子阱。通常，勢(shì)阱或量子阱140的躍遷能量基本 上等于由勢(shì)阱或量子阱再發(fā)射的光子的能量&。在一些情況下，勢(shì)阱140可包括以化合物a^e、Cc^e和Mgk作為合金的三種組分 的CdMgZr^e合金。在一些情況下，所述合金中可不存在Cd、Mg和Si的一種或多種，尤其 是Mg。例如，勢(shì)阱140可包括能夠再發(fā)射紅光的Cda7tlZna3t^e量子講、或能夠再發(fā)射綠光的 Cd0.33Zn0.67Se量子阱。又如，勢(shì)阱140可包括CcUZnje和可任選的Mg的合金，在這種情況 下，合金體系可由Cd(Mg)S^e表示。又如，勢(shì)阱140可包括Cd、Mg、Se和可任選的Si的合 金。在一些情況下，勢(shì)阱可包括a^eTe。在一些情況下，量子阱140的厚度位于約Inm至約 lOOnm、或約2nm至約35nm的范圍內(nèi)。通常，勢(shì)阱140可具有任何導(dǎo)帶和/或價(jià)帶分布。示例性的分布描述于(例如) 美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?0/893804中。在一些情況下，勢(shì)阱140可為η摻雜的或ρ摻雜的，其中可通過任何合適的方法以 及通過添加任何合適的摻雜劑來完成摻雜。在一些情況下，電致發(fā)光裝置Iio和勢(shì)阱140 可得自兩個(gè)不同的半導(dǎo)體族。例如，在這種情況下，電致發(fā)光裝置110可為III-V半導(dǎo)體裝 置，并且勢(shì)阱140可為II-VI勢(shì)阱。在一些情況下，電致發(fā)光裝置110可包括AlfeInN半導(dǎo) 體合金，并且勢(shì)阱140可包括Cd (Mg) ZnSe半導(dǎo)體合金，其中括在括號(hào)內(nèi)的材料為可選材料。通常，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115可具有一個(gè)或多個(gè)勢(shì)阱。在一些情況下，構(gòu)造115可 具有多個(gè)勢(shì)阱。例如，在這種情況下，構(gòu)造115可具有至少2個(gè)勢(shì)阱、或至少5個(gè)勢(shì)阱、或至 少10個(gè)勢(shì)阱。在一些情況下，構(gòu)造115可具有至少兩個(gè)、或至少三個(gè)、或至少四個(gè)具有不同的躍遷能量的勢(shì)阱。在一些情況下，勢(shì)阱140基本吸收第一波長(zhǎng)A1的光。例如，在這種情況下，勢(shì)阱 140吸收第一波長(zhǎng)λ工的光的至少30 %、或至少40 %、或至少50 %。在一些情況下，勢(shì)阱140 在第一波長(zhǎng)入工下為基本光透射性的。例如，在這種情況下，勢(shì)阱140透射第一波長(zhǎng)X1的 光的至少60 %、或至少70 %、或至少80 %、或至少90 %。光吸收層130和131有助于吸收光180并且在半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中產(chǎn)生載流 子。在一些情況下，光吸收層130和131吸收光180的至少一部分并因此產(chǎn)生諸如電子-空 穴載流子之類的光生載流子對(duì)。載流子從光吸收層擴(kuò)散或遷移到勢(shì)阱140中，它們?cè)诖颂?復(fù)合并且發(fā)射第二波長(zhǎng)λ2的光。光吸收層130和131設(shè)置為靠近勢(shì)阱，以使得光生載流子可有效地?cái)U(kuò)散到勢(shì)阱中 來進(jìn)行載流子的復(fù)合以及第二波長(zhǎng)λ 2的光的發(fā)射。在一些情況下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中的光吸收層可緊鄰勢(shì)阱140，即無居間層 設(shè)置在吸收層和勢(shì)阱之間。例如，在圖1中，第一和第二光吸收層130和131中的每一個(gè)均 緊鄰勢(shì)阱140。在一些情況下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中的光吸收層可毗鄰勢(shì)阱140，即一 個(gè)或幾個(gè)居間層可設(shè)置在吸收層和勢(shì)阱之間。例如，在一些情況下，一個(gè)或多個(gè)居間層(圖 1中未示出)可設(shè)置在第一光吸收層130和勢(shì)阱140之間。在一些情況下，光吸收層可包括諸如無機(jī)半導(dǎo)體(例如II-VI半導(dǎo)體)之類的半 導(dǎo)體。例如，吸收層130和131中的一個(gè)或多個(gè)可包括Cd(Mg)S^e半導(dǎo)體合金。在一些情況下，光吸收層的帶隙能量Eabs小于由電致發(fā)光裝置110發(fā)射的光子的 能量Ep在這種情況下，光吸收層可吸收(例如強(qiáng)烈吸收)由電致發(fā)光裝置發(fā)射的光。在 一些情況下，光吸收層的帶隙能量大于勢(shì)阱140的躍遷能量。在這種情況下，光吸收層對(duì)于 由勢(shì)阱再發(fā)射的第二波長(zhǎng)λ2的光181為基本上光學(xué)透明的。在一些情況下，諸如第二光吸收層131之類的光吸收層的帶隙能量小于以第二波 長(zhǎng)入2發(fā)射的光181的光子能量。在這種情況下，光吸收層可吸收光181的至少一部分。在 這種情況下，所吸收光的至少一部分可降頻轉(zhuǎn)換成第三較長(zhǎng)波長(zhǎng)λ3的光。在一些情況下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中的至少一個(gè)光吸收層摻雜有摻雜劑。在 一些情況下，例如當(dāng)光吸收層包括Cd (Mg) ZnSe合金時(shí)，摻雜劑可為VII族的η型摻雜劑。在 一些情況下，摻雜劑可包括氯或碘。在一些情況下，摻雜劑的數(shù)量密度位于約IO17cnT3到約 IO18CnT3的范圍內(nèi)。其他示例性的摻雜劑包括Al、Ga、In, F, Br, I和N。示例性的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115包括兩個(gè)光吸收層130和131。通常，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn) 換構(gòu)造可不具有、具有一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上的吸收層。在一些情況下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造 115可具有至少兩個(gè)、或至少三個(gè)、或至少四個(gè)具有不同帶隙能量的光吸收層。通常，光吸收層充分地接近于相應(yīng)勢(shì)阱，以使得光吸收層中的光生載流子具有擴(kuò) 散到勢(shì)阱中的適當(dāng)機(jī)會(huì)。在其中半導(dǎo)體多層疊堆不包括光吸收層的情況下，勢(shì)阱可基本吸 收第一波長(zhǎng)X1的光。第一和第二窗120和121主要設(shè)計(jì)成提供勢(shì)壘，以使得在吸收層和/或勢(shì)阱中光 生的諸如電子-空穴對(duì)之類的載流子沒有或具有極少的機(jī)會(huì)遷移到構(gòu)造115中的空閑位置 或外部表面。例如，第一窗120主要設(shè)計(jì)成阻止在第一吸收層130中產(chǎn)生的載流子遷移到 表面123處，在此處它們可進(jìn)行非發(fā)光性地復(fù)合。在一些情況下，窗120和121的帶隙能量
11Ew大于由電致發(fā)光裝置110發(fā)射的光子的能量Ep在這種情況下，窗120和121對(duì)于由電 致發(fā)光裝置110發(fā)射的光以及由勢(shì)阱140再發(fā)射的光為基本上光學(xué)透明的。示例性的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115包括兩個(gè)窗。通常，光轉(zhuǎn)換構(gòu)造可不具有、具有一 個(gè)或兩個(gè)窗。例如，在一些情況下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115可具有設(shè)置在電致發(fā)光裝置110 和勢(shì)阱140之間、或電致發(fā)光裝置110和吸收層130之間的單個(gè)窗。在一些情況下，半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中兩個(gè)層之間的界面位置可為明確確定的 或清晰的界面。在一些情況下，例如當(dāng)層中的材料組成隨厚度方向上的距離而變化時(shí)，兩個(gè) 相鄰層之間的界面可為非明確確定的并且可為(例如)定義漸變區(qū)域的漸變界面。例如， 在一些情況下，第一吸收層130和第一窗120可具有相同的材料成分但具有不同的材料濃 度。在這種情況下，吸收層中的材料組成可逐漸改變成窗層的材料組成，從而在這兩個(gè)層之 間產(chǎn)生漸變界面或區(qū)域。例如，在其中兩個(gè)層均包含Mg的情況下，當(dāng)從吸收層逐漸過渡到 窗時(shí)，Mg的濃度可增加。第二窗121在包括波長(zhǎng)λ 2的所關(guān)注波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)具有折射率ηι。在一些情況下， X1為UV或藍(lán)光波長(zhǎng)并且入2為位于約420nm至約650nm范圍內(nèi)的可見光波長(zhǎng)。在這種情 況下，Ii1可為可見光譜范圍內(nèi)的折射率。在一些情況下，Il1為在波長(zhǎng)λ 2或接近該波長(zhǎng)下的 折射率。在示例性的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中，第二窗121設(shè)置在勢(shì)阱140上并且形成半 導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的外層121和光轉(zhuǎn)換器118中的最外層。結(jié)構(gòu)化層150在(例如)入2下 具有折射率η2并且直接設(shè)置在外層或第二窗121上。折射率η2小于第二窗121的折射率 叫。在一些情況下，Ii1和η2之間的差值為至少0. 2、或至少0. 3、或至少0. 4、或至少0. 5、或 至少0. 6、或至少0. 7、或至少0. 8、或至少0. 9。結(jié)構(gòu)化層150包括諸如結(jié)構(gòu)體151-1Μ之類的多個(gè)結(jié)構(gòu)體。所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體中的 一些結(jié)構(gòu)體可為分立的，例如結(jié)構(gòu)體151和152。一些結(jié)構(gòu)體可通過基材進(jìn)行連接，例如通 過基材155而彼此連接的結(jié)構(gòu)體153和154。結(jié)構(gòu)化層150包括暴露第二窗121的多個(gè)開 口，例如開口 101和102。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150在第二波長(zhǎng)λ2下為基本上光學(xué)透明的。例如，在這 種情況下，結(jié)構(gòu)化層在波長(zhǎng)λ 2下的總光學(xué)透射率為至少50%、或至少60%、或至少70%、 或至少80%。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150中的多個(gè)結(jié)構(gòu)體形成結(jié)構(gòu)體的規(guī)則陣列。在一些情 況下，結(jié)構(gòu)體無規(guī)地設(shè)置在第二窗121的整個(gè)頂部表面125上。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層 150為連續(xù)層，所述連續(xù)層包括多個(gè)連接結(jié)構(gòu)體或連接結(jié)構(gòu)體的陣列且在類似于(例如)網(wǎng) 格圖案的結(jié)構(gòu)體中的至少一些之間具有開口。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150中的多個(gè)結(jié)構(gòu)體形成多個(gè)離散的結(jié)構(gòu)體。例如，在一 些情況下，結(jié)構(gòu)化層可包括多個(gè)粒子。例如，圖3中的結(jié)構(gòu)化層350具有諸如粒子351和 352之類的多個(gè)粒子。在一些情況下，所述粒子基本上為微粒或納米粒子。例如，在這種情 況下，粒子的平均尺寸不超過2000nm、或不超過1500nm、或不超過lOOOnm、或不超過750nm。 結(jié)構(gòu)化層350中的粒子可具有任何形狀，例如任何規(guī)則的或不規(guī)則的形狀。在一些情況下，圖1中的結(jié)構(gòu)化層150包括多個(gè)粒子，其中所述粒子的相當(dāng)大一部 分為基本球形。例如，在這種情況下，粒子的最大尺寸與最小尺寸的比率不超過1.3、或不超
12過1. 25、或不超過1. 2、或不超過1. 15、或不超過1. 1。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150可包括諸如可圖案化或可光圖案化有機(jī)材料或聚合 物(例如光致抗蝕劑)之類的有機(jī)材料。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150可包括聚苯乙烯，例 如聚苯乙烯微球體。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150可包括諸如金屬氧化物或玻璃之類的無 機(jī)材料。無機(jī)材料的實(shí)例包括Si02、Ge02、A1203、MgF2、和硅酸鹽玻璃。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150可包括密集堆積在整個(gè)頂部表面125上的單個(gè)或單 層結(jié)構(gòu)體。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150可包括亞單層結(jié)構(gòu)體，即結(jié)構(gòu)體為非密集堆積的并 且/或者存在基本大于結(jié)構(gòu)體的標(biāo)稱或平均尺寸的且不包括或包括極少的結(jié)構(gòu)體的區(qū)域。 在這種情況下，亞單層結(jié)構(gòu)化層150中的開口區(qū)域基本大于單個(gè)結(jié)構(gòu)體(例如，單個(gè)粒子) 的平均尺寸。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化層150可包括多層結(jié)構(gòu)體。例如，圖4為直接設(shè)置在第二窗 121上的包括多層粒子451的結(jié)構(gòu)化層450的示意性側(cè)視圖。結(jié)構(gòu)化層涂布有連續(xù)性外涂 層460，并且封殼470遮蓋外涂層。結(jié)構(gòu)化外涂層160直接設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層150的至少一部分以及第二窗121中通過 結(jié)構(gòu)化層150中的開口來暴露窗的區(qū)域的一部分上。外涂層160在(例如)波長(zhǎng)λ2下的 第三折射率叫大于第二折射率η2。在一些情況下，η3小于叫。在一些情況下，η3大于ηι。 在一些情況下，η3和η2之間的差值為至少0. 2、或至少0. 3、或至少0. 4、或至少0. 5、或至少 0. 6、或至少0. 7、或至少0. 8、或至少0. 9。在一些情況下，外涂層160可提取光181，否則該光將會(huì)在第二窗的表面125處進(jìn) 行全內(nèi)反射。在這種情況下，外涂層增強(qiáng)了從半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造115中提取第二波長(zhǎng)λ 2的 光 181。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化外涂層160的外表面162與結(jié)構(gòu)化層150的外表面161基 本一致。例如，在一些情況下，可利用真空沉積技術(shù)將外涂層160設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層150上。 在這種情況下，外表面162可與外表面161 —致。在一些情況下，結(jié)構(gòu)化外涂層的平均厚 度不超過結(jié)構(gòu)化層150中的結(jié)構(gòu)體的平均尺寸。在一些情況下，外涂層160的平均厚度不 超過lOOOnm、或不超過800nm、或不超過700nm、或不超過600nm、或不超過500nm、或不超過 400nmo在一些情況下，外涂層160在第二波長(zhǎng)λ 2下為基本上光學(xué)透明的。例如，在這種 情況下，外涂層在波長(zhǎng)λ 2下的總光學(xué)透射率為至少50%、或至少60%、或至少70%、或至 少 80%。在一些情況下，外涂層160可通過(例如)包括一個(gè)或多個(gè)島狀物而為不連續(xù)層。 例如，在圖2中，結(jié)構(gòu)化層250直接設(shè)置在第二窗121上并且在結(jié)構(gòu)體251和252之間定義 了開口 255。外涂層260直接設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層250上，且在開口區(qū)域中，在第二窗121上的 形成位于開口和暴露區(qū)域255內(nèi)的島狀物沈1。在一些情況下，外涂層160可為連續(xù)層。例 如，在圖3中，直接設(shè)置在結(jié)構(gòu)化層350上的外涂層360形成連續(xù)層。在一些情況下，外涂層160可包括半導(dǎo)體、金屬氧化物或陶瓷。在一些情況下，外 涂層可包括 Si3N4、氮氧化硅、硅酸鹽、ZnS、ZnSe, ZnTe, ZnSSe, ZnSeTe, ZnSTe, CdS、CdSe, CdSSe、ITO、TiO2JrO2、Tei2O5、和 HfO2 中的至少一種。封殼170設(shè)置在外涂層160上并且包封半導(dǎo)體發(fā)光元件105且保護(hù)元件免受例如環(huán)境中的水分的影響。在一些情況下，封殼可具有光學(xué)功能，例如用于當(dāng)光181離開半導(dǎo)體 發(fā)光元件時(shí)來(例如)準(zhǔn)直該光的光焦度。電致發(fā)光裝置110可為能夠響應(yīng)電信號(hào)而發(fā)光的任何裝置。例如，電致發(fā)光裝置 可為能夠響應(yīng)電流而發(fā)射光子的發(fā)光二極管(LED)或激光二極管。LED電致發(fā)光裝置110 能夠發(fā)射可在應(yīng)用中需要的任何波長(zhǎng)的光。例如，LED可發(fā)射UV波長(zhǎng)、可見光波長(zhǎng)或頂波 長(zhǎng)的光。在一些情況下，LED可為能夠發(fā)射UV光子的短波長(zhǎng)LED。通常，LED可由任何合 適的材料構(gòu)成，所述材料例如為有機(jī)半導(dǎo)體或無機(jī)半導(dǎo)體，包括IV族元素，例如Si或Ge ； III-V 化合物，例如 InAs、AlAs、GaAsJnP、AlP、GaPJnSb、AlSb、GaSb、GaN、AlNJnN 以及諸 如AlGaInP ^P AlGaInN之類的III-V化合物的合金；II-VI化合物，例如ZnSe,CdSe,BeSe, MgSe, ZnTe, CdTe、BeTe、MgTe、ZnS, CdS、BeS、MgS、以及 II-VI 化合物的合金，或者以上所列 出的任何化合物的合金。在一些情況下，電致發(fā)光裝置110可包括一個(gè)或多個(gè)ρ型和/或η型半導(dǎo)體層、一 個(gè)或多個(gè)有源層(可包括一個(gè)或多個(gè)勢(shì)阱和/或量子阱)、緩沖層、基底層、和覆蓋層。在 一些情況下，電致發(fā)光裝置Iio可為諸如III-V族LED之類的III-V族半導(dǎo)體光源，并且可 包括AlfeInN半導(dǎo)體合金。例如，電致發(fā)光裝置110可為GaN基LED。又如，電致發(fā)光裝置 110 可為 II-VI 族 LED，例如 ZnO 基 LED。通過下面的實(shí)例進(jìn)一步說明所公開的構(gòu)造的一些優(yōu)點(diǎn)。實(shí)例中詳述的具體材料、 數(shù)量和尺寸以及其它條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限制。實(shí)例1 制造與圖1中的光轉(zhuǎn)換器118相類似的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造。相對(duì)層序以及用于不 同層的材料組成和厚度的估值概述于表I中。表I 實(shí)例1的構(gòu)造中的各個(gè)層的詳細(xì)資料
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，包括半導(dǎo)體勢(shì)阱，用于將第一波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光；外層，設(shè)置在所述半導(dǎo)體勢(shì)阱上并且具有第一折射率；結(jié)構(gòu)化層，設(shè)置在所述外層上并且具有小于所述第一折射率的第二折射率，所述結(jié)構(gòu) 化層包括直接設(shè)置在所述外層上的多個(gè)結(jié)構(gòu)體以及暴露所述外層的多個(gè)開口 ；以及結(jié)構(gòu)化外涂層，直接設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)化層的至少一部分上以及所述多個(gè)開口內(nèi)的所述 外層的一部分上，所述外涂層具有大于所述第二折射率的第三折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層增強(qiáng)從所述半導(dǎo) 體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造對(duì)所述第二波長(zhǎng)的光的提取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層在所述第二波長(zhǎng)下基 本為光學(xué)透明的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層在所述第二波長(zhǎng) 下基本為光學(xué)透明的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層中的所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體 包括多個(gè)離散的結(jié)構(gòu)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層中的所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體 包括多個(gè)互連的結(jié)構(gòu)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層中的所述多個(gè)結(jié)構(gòu)體 包括多個(gè)粒子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述多個(gè)粒子中的相當(dāng)大一部分基 本為球形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括有機(jī)材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括光致抗蝕劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括無機(jī)材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化層包括Si02。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層包括一個(gè)或多 個(gè)島狀物。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層包括Si3N4、aiS、 ZnSe, ZnSSe, ITO, TiO2, ZrO2, Ta2O5, HfO2 和硅酸鹽中的至少一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層包括半導(dǎo)體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層的平均厚度不 超過約lOOOnm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述結(jié)構(gòu)化外涂層的平均厚度不 超過約700nm。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第一和第二折射率之間的差 值至少為0.3。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第一和第二折射率之間的差 值至少為0.5。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第一和第二折射率之間的差值至少為0.7。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第一和第二折射率之間的差 值至少為0.9。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第三和第二折射率之間的差 值至少為0.3。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第三和第二折射率之間的差 值至少為0.5。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第三和第二折射率之間的差 值至少為0.7。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述第三和第二折射率之間的差 值至少為0.9。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述勢(shì)阱和所述外層中的至少一 個(gè)包括II-VI族化合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述勢(shì)阱和所述外層中的至少一 個(gè)包括 Cd(Mg) ZnSe 或 Zr^eiTe。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述外層在所述第一波長(zhǎng)下基本 為吸收性的。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述外層在所述第二波長(zhǎng)下基本 為透射性的。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述外涂層的外表面與所述結(jié)構(gòu)化層的外表面一致。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，還包括封裝所述半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的封殼。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述外涂層在所述第二波長(zhǎng)下的 折射率在約1. 8至約2. 7的范圍內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，其中所述外涂層在所述第二波長(zhǎng)下的 折射率在約2. 0至約2. 7的范圍內(nèi)。
34.一種發(fā)光系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體電致發(fā)光元件，所述半導(dǎo)體電致發(fā)光元件包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造；發(fā)射所述第一波長(zhǎng)的光的LED，所述第一波長(zhǎng)的光的至少一部分被所述半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換 構(gòu)造轉(zhuǎn)換成所述第二波長(zhǎng)的光；以及封裝所述半導(dǎo)體電致發(fā)光元件的封殼。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，包括至少兩個(gè)具有不同躍遷能量的半 導(dǎo)體勢(shì)阱。
36.一種發(fā)光系統(tǒng)，包括 LED ；光轉(zhuǎn)換構(gòu)造，所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)造降頻轉(zhuǎn)換由所述LED發(fā)射的光并且具有結(jié)構(gòu)化最外表 面，所述結(jié)構(gòu)化表面具有暴露所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的內(nèi)層的多個(gè)開口 ；和結(jié)構(gòu)化外涂層，形成于所述結(jié)構(gòu)化最外表面以及所述內(nèi)層的暴露區(qū)域上，從而增強(qiáng)從 所述光轉(zhuǎn)換構(gòu)造的光提取，所述外涂層的外表面與所述結(jié)構(gòu)化最外表面一致。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中所述外涂層的折射率在約1.8至約2. 7的 范圍內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中所述外涂層的折射率在約2.0至約2. 7的 范圍內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)光系統(tǒng)，其中所述外涂層包括半導(dǎo)體。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)光系統(tǒng)，還包括封裝所述發(fā)光系統(tǒng)的封殼。
全文摘要
本發(fā)明公開了半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造。所述半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造包括半導(dǎo)體勢(shì)阱，用于將第一波長(zhǎng)的光的至少一部分轉(zhuǎn)換成更長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光；外層，設(shè)置在所述半導(dǎo)體勢(shì)阱上并且具有第一折射率；結(jié)構(gòu)化層，設(shè)置在所述外層上并且具有小于所述第一折射率的第二折射率。所述結(jié)構(gòu)化層包括直接設(shè)置在所述外層上的多個(gè)結(jié)構(gòu)體以及暴露所述外層的多個(gè)開口。所述半導(dǎo)體光轉(zhuǎn)換構(gòu)造還包括結(jié)構(gòu)化外涂層，所述結(jié)構(gòu)化外涂層直接設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)化層的至少一部分上以及所述多個(gè)開口內(nèi)的所述外層的一部分上。所述外涂層具有大于所述第二折射率的第三折射率。
文檔編號(hào)H01L33/44GK102124583SQ200980132160
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者張俊穎, 特里·L·史密斯, 邁克爾·A·哈斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司