專利名稱：多顏色發(fā)光二極體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基本電氣元件，特別是涉及一種可同時(shí)發(fā)出多種顏色光的發(fā)光二極體。
目前市面上的多顏色發(fā)光二極體，如日本專利公告第07015044A號(hào)所述，系將紅、綠、蘭三種顏色的三色晶體共同包裝在一起而構(gòu)成，不能在同一晶片上制作出R、G、B三色的LED。其主要原因在于各色晶片的基材與制作均不相同，例如，高亮度紅色以三元AlGaAs、四元AlGaInP為材料，而蘭色與綠色是以GaN系為主，但因蘭色與綠色磊晶的制作不一，使得磊晶要同時(shí)制作在一起十分困難，而且各色的驅(qū)動(dòng)電壓也不一致，無法控制電流的亮度。因此，目前市面上還沒有看到同一晶片上擁有R、G、B三色的LED，更無法看到手提電腦用的顯示器。
本發(fā)明之目的旨在提供一種將紅、綠、蘭三色直接制作在同一晶片上的多顏色發(fā)光二極體，使之切割成單一晶粒并同時(shí)具有三種顏色的功能，無需三顆不同顏色的晶粒才能實(shí)現(xiàn)多顏色發(fā)光二極體，還可制成高清晰度的顯示器，并應(yīng)用于手提電腦上。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這種多顏色發(fā)光二極體包括有紫外光發(fā)光晶體、波長變換層、P型電極、N型電極、反射層、絕緣層或絕緣反射層，將三五族氮化物成長于蘭寶石基板上，成為紫外光發(fā)光晶體，在紫外光發(fā)光晶體的周圍鍍上絕緣層、反射層或絕緣反射層，波長變換層內(nèi)含可變換波長的螢光粉，波長變換層涂布于紫外光發(fā)光晶體的正面或背面，波長變換層涂布于晶體正面時(shí)，晶體背面就鍍上反射層，波長變換層涂布于晶體背面時(shí)，晶體正面電極則為反射金屬層，P型電極、N型電極連接于紫外光發(fā)光晶體上，并加上電壓，利用上述結(jié)構(gòu)可將所激發(fā)的光集中地從正面或背面發(fā)射出來，經(jīng)波長變換層的轉(zhuǎn)變，發(fā)出各種顏色的可見光。
本發(fā)明的多顏色發(fā)光二極體，參照日光燈的原理，以紫外線激發(fā)涂在其表面的R、G、B三色螢光粉，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生各色光或白色光的目的，這種方法產(chǎn)生的白色光具有R、G、B三色三波長，因而可制成彩色顯示屏幕或小型顯示器，甚至當(dāng)作背光源來使用，同時(shí)，以紫外光制作要比蘭光制作來得容易，而且成本價(jià)格低。
近年來，短波發(fā)光二極體及雷射二極體的研究方興未艾，尤其以三五族氮化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的氮化鋁鎵銦系列最為引人囑目。這是由于氮化物在三五族半導(dǎo)體中具有很高的直接能隙，變化組成可得到發(fā)光波長介于黃光至紫外光范圍的高效率發(fā)光元件。有的研究機(jī)構(gòu)已研制出蘭色、綠色及其它高亮度的發(fā)光二極體，其波長分別為450及525nm。其中所采用的發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)及單量子井，可以達(dá)到高量子效率。因此，制作紫外光發(fā)光二極體，可采用類似結(jié)構(gòu)，其中活性層的量子井結(jié)構(gòu)為氮化鎵(GaN)，改變量子井厚度約20-100A，使之成為波長接近紫外光的高效率發(fā)光二極體。由于氮化鎵活性層5與氮化鋁鎵限制層的晶格常數(shù)接近匹配，因此可得高品質(zhì)的氮化鎵活性層5，相對(duì)于現(xiàn)有蘭色發(fā)光二極體其活性層為氮化鎵銦(GaInN)，銦的組成為0.2，量子效率約為7％，紫外發(fā)光二極體的量子效率理論值可達(dá)10％以上，更因紫外光的制作過程在活性層不添加的情況下進(jìn)行，制作上比作成蘭光或綠光容易得多，且優(yōu)良率會(huì)更高。
本發(fā)明的發(fā)光二極體結(jié)構(gòu)可利用有機(jī)金屬氣相磊金法將三五族氮化物成長于蘭寶石基板之上。由于蘭寶石基板為一絕緣體，晶粒的制作必須先從氮化鎵磊晶層部分腐蝕至暴露P型氮化鎵為止，之后再進(jìn)行P型電極及N型電極蒸鍍，最后再切割成約350×350um的晶粒，即成為紫外光LED晶粒。
本發(fā)明所使用的波長變換層，主要為可改變波長的螢光粉材料并添加透明樹脂混合之后所涂布形成的膜層。該螢光粉須為近紫外光(350-180nm)所激發(fā)，本發(fā)明則采用較穩(wěn)定的氧化物螢光粉，如紅色則為YVO4、Eu系或Y2O2S，波長約為620nm，蘭色則為BaMgA14O23、Eu系列，波長約為454nm，綠色則為ZnO、Zn系列，波長約為505nm。其他可選的螢光粉還很多，如ZnS系列，但以氧化物螢光粉較穩(wěn)定，耐溫可達(dá)200℃，長時(shí)間不衰減，可使LED連續(xù)發(fā)光50000小時(shí)以上，故氧化物螢光粉適合本發(fā)明所采用。
只要將紅、綠、蘭三色的螢光粉分別涂在紫外光晶粒的表面之上，即可得紅、綠、蘭三種不同波長光譜的LED。本發(fā)明所采用的紫外光晶粒其波皮長約為350-385nm左右，為近紫外光，不傷害人體及物品，而一般日光的紫外光，長時(shí)間照射對(duì)人體有害。
因此本發(fā)明能將紅、綠、蘭三色直接制作在同一晶片上，切割成單一晶粒并同時(shí)具有三種顏色的功能，制作簡單，容易，成本價(jià)格低，這種多顏色發(fā)光二極體可制成高清晰度的顯示器，并可應(yīng)用于手提電腦上。


圖1為本發(fā)明紫外光發(fā)光二極體的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明多顏色發(fā)光二極體的單一結(jié)構(gòu)圖(正面發(fā)光模式)；圖3為本發(fā)明多顏色發(fā)光二極體的單一結(jié)構(gòu)圖(背面發(fā)光模式)；圖4為本發(fā)明的第一實(shí)施例(背面發(fā)光模式)；圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例(正面發(fā)光模式)；圖6為本發(fā)明用蘭光晶粒時(shí)的第三實(shí)施例。
附圖標(biāo)注說明1-蘭寶石基板2-氮化鎵緩沖層 3-N型氮化鎵接觸層4-N型氮化鋁鎵限制層 5-氮化銦鎵活性層6-P型氮化鋁鎵限制層7-P型氮化鎵 8-P型電極 81-P型透明電極9-N型電極 10-底面反射層 11-絕緣層12-反射層 13-波長變換層 14-絕緣反射層15-濾光層 20-透明封膠 R-紅色光G-綠色光B-蘭色光下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明并給出實(shí)施例參見圖1，為本發(fā)明的單一結(jié)構(gòu)圖。在P型電極8及N型電極9上加一電壓約3.5V左右，即可產(chǎn)生紫外光，在圖1的結(jié)構(gòu)中，發(fā)光中心為氮化銦鎵活性層5，因基材為蘭寶石基板1(氧化鋁單晶)，所以它和玻璃一樣是透明體，在其上方成長出來的各層磊晶(電極除外)亦為透明體，因此它所發(fā)出來的光線是向四面八方發(fā)散的，為使紫外光能集中地從一面射出，須在晶粒上的周圍加上一反射層12(如圖2所示)。圖2中所激發(fā)的光線從正面方向射出，因此，必須在基材1的底面再加上一底面反射層10，并于晶粒周圍鍍上一層絕緣層11后再鍍上一層反射層12。經(jīng)過上述處理后，紫外光便可從正面射出，再經(jīng)過透明電極81及波長變換層13的作用，即可產(chǎn)生任何顏色可見光的發(fā)光二極體。此時(shí)的P型電極8采用透明的導(dǎo)電膜層，即P型透明電極81，最后再于P型透明電極81的外表面涂上或鍍上一層波長變換層13，該波長變換層13為含有可吸收紫外光并轉(zhuǎn)換為可見光的螢光物質(zhì)，而該螢光物質(zhì)可為任意顏色，且只要能被本發(fā)明的紫外光晶粒所產(chǎn)生的360-385nm波光所激發(fā)、并發(fā)出可見光如R、G、B等顏色的螢光物質(zhì)皆可使用。
參見圖3，其發(fā)光的方向?yàn)楸趁姘l(fā)光模式，此種作法在LED元件上是前所未有的，因別的光色材料如砷化鎵的LED晶體為非透明體，故光無法從背面射出，只有以GaN系才能得到，同時(shí)，利用蘭寶石基板1為全透明體并當(dāng)作光的射出面，在其表面再加上一層波長變換層13，另外，在晶粒的周圍鍍上一絕緣反射層14或是先鍍一層絕緣層11再加鍍一層反射層12均可，本發(fā)明的P型電極為具有反射功能的電極，如金、鋁、銀等元素構(gòu)成，既形成光的反射又兼具電極功能，這樣，光就會(huì)從背面射出，這種結(jié)構(gòu)有利于多元件面積的制作，如IC板制作，也適用于顯示器裝置。
參見圖4，為本發(fā)明的第一實(shí)施例。其主要結(jié)構(gòu)由三個(gè)紫外光發(fā)光二極體配合R、G、B三顏色波長變換層組合而成的三個(gè)基色的發(fā)光二極體，也就是本發(fā)明多顏色發(fā)光二極體的基本構(gòu)造。亦即將三個(gè)如圖3所示的基本構(gòu)造共同組合而成，所激發(fā)的光從背面射出，在波光變換層表面涂一層透明封膠20，作為波長變換層13的保護(hù)。此時(shí)的P型電極8用具有反射性質(zhì)的材料所制成，絕緣層11包于晶粒的周圍，最后再加上一層反射層12，使得所激發(fā)出來的光能集中地從背面射出，成為高亮度、高效率的發(fā)光二極體。
參見圖5，為本發(fā)明的第二實(shí)施例。所激發(fā)出的光從正面發(fā)出，且具有R、G、B三色。首先于蘭寶石基板的背面鍍上一反射層10，P型電極使用P型透明電極81，同樣地，紫外光晶粒的周圍亦鍍上一絕緣層11，最后再鍍上一反射層12，這樣就可以使所激發(fā)的光能集中地從正面射出具有R、G、B三色的光。
以上設(shè)計(jì)均以紫外光晶粒為基礎(chǔ)，且在該晶粒周圍的背面或正面加上一反射層12，最后在紫外光射出面再加渚一層波長變換層13，使得該多顏色發(fā)光二極體可以發(fā)射出各種顏色的光。
此外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可用蘭光晶粒取代紫外光晶粒，以發(fā)射出R、G、B三色光波。如圖6所示，為本發(fā)明的第三實(shí)施例。其中三個(gè)發(fā)光晶粒皆為蘭光晶粒，且發(fā)光的方向可為背面發(fā)光模式。亦即在三個(gè)蘭光晶粒的周圍分別鍍上一絕緣層11，再鍍上一層反射層12，而P型電極采用具反射性的金屬層，同時(shí)，三個(gè)蘭光晶粒中的兩個(gè)，于相對(duì)應(yīng)基板1的底面分別涂布一層紅色、綠色的波長變換層13，以個(gè)別形成蘭紅光、蘭綠光，再分別于該紅色或綠色波長變換層13的上方加上一層可過濾蘭光的濾光層15，將蘭光濾除，最后分別得到紅光、綠光。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，除了使蘭光晶粒所激發(fā)的光從該二極體的背面發(fā)射出來，還可作為一彩色單元組加以應(yīng)用，但以蘭光晶粒為基礎(chǔ)其效率要比紫外光晶體為基礎(chǔ)差得多。
權(quán)利要求
1.一種多顏色發(fā)光二極體，其特征在于包括有紫外光發(fā)光晶體、波長變換層、P型電極、N型電極、反射層、絕緣層或絕緣反射層，將三五族氮化物成長于蘭寶石基板上，成為紫外光發(fā)光晶體，在紫外光發(fā)光晶體的周圍鍍上絕緣層、反射層或絕緣反射層，波長變換層內(nèi)含可變換波長的螢光粉，波長變換層涂布于紫外光發(fā)光晶體的正面或背面，波長變換層涂布于晶體正面時(shí)，晶體背面就鍍上反射層，波長變換層涂布于晶體背面時(shí)，晶體正面電極則為反射金屬層，P型電極、N型電極連接于紫外光發(fā)光晶體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于其發(fā)光的方向可為正面發(fā)光模式，即在紫外光發(fā)光晶體的周圍，先行鍍上一絕緣層，再鍍上一層反射層，另在基板底面鍍上一層反射層，而P型電極采用透明電極，并在該P(yáng)型電極上方涂布一層可改變波長的波長變換層，使所激發(fā)的光從該二極體正面射出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于其發(fā)光的方向可為背面發(fā)光模式，即在紫外光發(fā)光晶體的周圍先行鍍上一絕緣層，再鍍上一層反射層，而P型電極為一具有反射性的金屬層，在基板底面涂布一層可改變波長的波長變換層，使所激發(fā)的光從該二極體背面射出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于可將三個(gè)紫外光發(fā)光晶體作為一組彩色單元，而這三個(gè)紫外光發(fā)光晶體，各自的外表面分別涂布一層紅、綠、蘭色的波長變換層，使各個(gè)紫外光發(fā)光晶體分別發(fā)出紅、綠、蘭色的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于發(fā)光的方向可為正面發(fā)光模式，即在三個(gè)紫外光發(fā)光晶體的周圍，分別鍍上一絕緣層，再鍍上一層反射層，另在基板底面鍍上一層反射層，而P型電極采用透明電極，三個(gè)紫外光發(fā)光晶體的P型電極上方分別涂布一層紅色、綠色、蘭色的波長變換層，以分別形成紅、綠、蘭光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于發(fā)光的方向可為背面發(fā)光模式。即在三個(gè)紫外光晶粒的周圍分別鍍上一絕緣層，再鍍上一層反射層，P型電極采用具反射性的金屬層，三個(gè)紫外光發(fā)光晶體所對(duì)應(yīng)的基板底面分別涂布一層紅色、綠色、蘭色的波長變換層，以分別形成紅光、蘭光、綠光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于該波長變換層的外表面可加涂布一層透明封膠，用以保護(hù)波長變換層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于其中的三個(gè)紫外光發(fā)光晶體可以為三個(gè)蘭光晶粒取代，且其發(fā)光方向可為正面發(fā)光模式，即在三個(gè)蘭光晶粒的周圍，分別鍍上一絕緣層，再鍍上一層反射層，另在基板底面鍍上一層反射層，P型電極采用透明電極，三個(gè)蘭光晶粒中的兩個(gè)對(duì)應(yīng)于P型電極的上方分別涂布一層紅色、綠色的波長變換層，再分別于該紅色、綠色波長變換層的上方加上一層可過濾蘭光的濾光層，分別得到紅光、綠光。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多顏色發(fā)光二極體，基特征在于三個(gè)紫外光發(fā)光晶體可為三個(gè)蘭光晶粒取代，在三個(gè)蘭光晶粒的周圍分別先行鍍上一絕緣層，再鍍上一層反射層，P型電極采用具有反射性的金屬層，三個(gè)蘭光晶粒中的二個(gè)相對(duì)應(yīng)基板的底面，分別涂布一層紅色、綠色的波長變換層，以個(gè)別形成蘭紅光、蘭綠光，再分別于紅色或綠色的波長變換層上方加上一可過濾蘭光的濾光層，將蘭光給濾除，分別得以為紅光、綠光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于波長變換層的外表面可加涂布一層透明封膠。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多顏色發(fā)光二極體，其特征在于反射層及絕緣層可為一層兼具反射及絕緣性質(zhì)的物質(zhì)所取代。
全文摘要
一種多顏色發(fā)光二極體,包括有紫外光發(fā)光晶體、波長變換層、P、N型電極、反射層、絕緣層,在紫外光發(fā)光晶體的周圍鍍上絕緣層、反射層,波長變換層內(nèi)含有變換波長的熒光粉,波長變換層涂布于晶體正面或背面。本發(fā)明系以GaN所制成的紫外光晶粒,利用該晶粒以藍(lán)寶石基板為透明體特性,最后使紫外光晶粒所激發(fā)的光從正面或背面射出,經(jīng)波長變換層變換,使之具有R、G、B三角的可見光,本發(fā)明制作容易,成本價(jià)格低、功能齊、效率高,應(yīng)用廣泛,如手提電腦顯示器等。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1218996SQ9710832
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1997年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月27日
發(fā)明者陳興 申請(qǐng)人:陳興