專利名稱：具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種發(fā)光二極管的體系結(jié)構(gòu)及其制作方法，特別是有關(guān)于一種借由具備兩個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離所做成的白色發(fā)光二極管之體系結(jié)構(gòu)及其制作方法。
傳統(tǒng)發(fā)光二極管的發(fā)光特性中所具有的是單一主波峰(signlepeak wavelength)及狹窄半高寬(full width of half maximum，F(xiàn)WHM)，所以發(fā)光二極管所發(fā)射的光線皆是很純的單一顏色光，例如砷化鋁鎵發(fā)光二極管發(fā)紅色光、磷化鎵發(fā)光二極管發(fā)綠色光。另外，透過(guò)使用不同的材料系統(tǒng)，或同一材料系統(tǒng)但不同組成比例，可制作出不同顏色不同亮度的發(fā)光二極管，例如調(diào)變磷砷化鎵材料中之磷和砷的組成比，或磷化鋁鎵銦中之鋁、鎵和銦的組成比，皆可制作涵蓋紅、黃、綠三色的高亮度發(fā)光二極管。上述各種材料所組成及選用的結(jié)構(gòu)和制作方法所做出的發(fā)光二極管均只發(fā)出很純(半高寬很窄)的單色光(單一主波峰)。
在實(shí)際的應(yīng)用中，可組成兩種不同材料不同顏色的發(fā)光二極管，例如組合單色的紅色發(fā)光二極管(R)和單色的綠色發(fā)光二極管(G)，透過(guò)調(diào)變紅色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度比例，混合此二種色光，做成多彩的發(fā)光二極管顯示板?；蛘?，可組合三種不同材料不同顏色的發(fā)光二極管，例如組合單色的紅色發(fā)光二極管(R)和單色的綠色發(fā)光二極管(G)和單色的藍(lán)色發(fā)光二極管(B)，透過(guò)調(diào)變?nèi)N不同色發(fā)光二極管(R、G、B)的發(fā)光強(qiáng)度比例，做成全彩的發(fā)光二極管顯示板。另外，由于所述全彩發(fā)光二極管顯示板也可混合出白色光，故發(fā)光二極管的應(yīng)用，除了訊號(hào)指示和信息顯示板外，也可用在照明之上。請(qǐng)參閱圖1，其示出了日本日亞化工(NICHIA)所制作的白色發(fā)光二極管(型號(hào)NLK2015)的平面圖，由圖中可看出每一個(gè)象素(pixel)10是由兩個(gè)紅色發(fā)光二極管(R)、兩個(gè)綠色發(fā)光二極管(G)及一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管(B)所組成。因此，此種白色發(fā)光二極管的制作成本相當(dāng)高。再者，因?yàn)樾枰糠謩e調(diào)變?nèi)N顏色的發(fā)光二極管的外加電流來(lái)調(diào)整紅、綠、藍(lán)三種單色發(fā)光二極管的不同發(fā)光強(qiáng)度，來(lái)混合成白光，所以至少需要外接四個(gè)電極端子，而使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。又若五個(gè)發(fā)光二極管中，有任一個(gè)先劣化，則產(chǎn)品的“色平衡”也會(huì)被破壞。
為了降低成本，日亞化工又再推出無(wú)需組合R、G、B三種不同顏色之發(fā)光二極管的白色發(fā)光二極管燈泡。請(qǐng)參閱圖2，該白色發(fā)光二極管燈泡是利用一顆氮化鎵銦/氮化鎵藍(lán)色發(fā)光二極管晶粒12和螢光材料14組合而成，發(fā)光二極管晶粒12先置于金屬接腳15a上，并將發(fā)光二極管晶粒12之表面電極連接至另一金屬接腳15b，再以螢光材料14覆蓋填充金屬接腳15a上的凹槽中，最后再以封裝材料16將整個(gè)晶粒12連同金屬接腳15a，15b的端部封裝固定。其原理是利用藍(lán)色發(fā)光二極管晶粒所發(fā)射的藍(lán)光激發(fā)螢光材料，而產(chǎn)生一半高寬較寬的黃色光線，混合原來(lái)的藍(lán)光而成為白光。此種方式雖可大幅地降低制作成本及簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。但由于螢光材料的壽命(life time)較短，約僅5000～10000個(gè)小時(shí)，遠(yuǎn)比發(fā)光二極管本身的100000小時(shí)短，因而此種白色發(fā)光二極管的壽命也相對(duì)地受到了限制。
有鑒于此，為了改進(jìn)公知技術(shù)的各項(xiàng)缺點(diǎn)，本發(fā)明之目的即在于提出一種白色發(fā)光二極管，其是借由具備兩個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離所做成，可利用單個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出白光。
本發(fā)明之一特點(diǎn)在于所制作出的白色發(fā)光二極管是發(fā)光二極管本身即可發(fā)出白光，無(wú)需借由組合多個(gè)發(fā)光二極管，而可大大地降低生產(chǎn)成本，并降低包裝及電路控制的困難度。
本發(fā)明之另一特點(diǎn)是在于所制作出的白色發(fā)光二極管是發(fā)光二極管本身即可發(fā)出白光，無(wú)需結(jié)合螢光材料，因此不會(huì)因?yàn)榻Y(jié)合螢光材料而降低了使用壽命。
本發(fā)明所使用的方法主要是利用晶體取向生長(zhǎng)形成PN二極管時(shí)，借由調(diào)變晶體取向生長(zhǎng)時(shí)的溫度、壓力、氨氣流量、載子氣體(氫氣與氮?dú)?比例、或摻入鎂、硅等雜質(zhì)，在特定的參數(shù)范圍內(nèi)，可使PN二極管接面的發(fā)光光譜具有兩個(gè)主波峰?？刂浦鞑ǚ宓陌l(fā)光波長(zhǎng)及強(qiáng)度，即可調(diào)變出白光。
另外，本發(fā)明亦可利用在PN二極管結(jié)構(gòu)中，成長(zhǎng)量子井結(jié)構(gòu)，同樣調(diào)變晶體取向生長(zhǎng)時(shí)的參數(shù)，使量子井的發(fā)光光譜具不同的主波峰，借由結(jié)合兩個(gè)或三個(gè)主波峰以調(diào)變出白光。
下面就參閱


本明之較佳實(shí)施例，借以進(jìn)一步地闡明其體系結(jié)構(gòu)，特征及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是示出了一種公知之白色發(fā)光二極管體系結(jié)構(gòu)的平面圖；圖2是示出了另一種公知之白色發(fā)光二極管體系結(jié)構(gòu)的平面圖；圖3A及圖3B是示出了本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的一實(shí)施例之制作過(guò)程的截面圖；圖4是示出了本發(fā)明之白色光二極管的另一實(shí)施例之體系結(jié)構(gòu)的截面圖；圖5是示出了本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的另一實(shí)施例之體系結(jié)構(gòu)的截面圖；圖6是示出了本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的另一實(shí)施例之體系結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7是示出了本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的另一實(shí)施例之體系結(jié)構(gòu)的截面圖；圖8是示出了本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的另一實(shí)施例之體系結(jié)構(gòu)的截面圖；及圖9是示出了本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的另一實(shí)施例之體系結(jié)構(gòu)的截面圖。
本發(fā)明之白色發(fā)光二極管主要是利用單一發(fā)光二極管發(fā)出兩種以上的主波峰，借以合成白色光?；旧希粲詢煞N不同的主波峰合成白光，則一般是采用波長(zhǎng)約為430nm的藍(lán)色光及波長(zhǎng)約為560nm的黃色光。若欲以三種不同的主波峰合成白光，則一般是采用波長(zhǎng)約為370nm～500nm的藍(lán)色光、 波長(zhǎng)約為500nm～560nm的綠色光及波長(zhǎng)約為620nm～700nm的紅色光。換言之，不論采用的是何種合成方式，都需要具備藍(lán)色光或是波長(zhǎng)更短的光做為一個(gè)基準(zhǔn)。
本發(fā)明之白色發(fā)光二極管的第一個(gè)實(shí)施例之制作方法是包括下列步驟(1)請(qǐng)參閱圖3A，利用晶體取向生長(zhǎng)的方式，例如利用金屬有機(jī)氣相晶體取向生長(zhǎng)(MOVPE)的方法在一基板20上，例如藍(lán)寶石基板，在晶體取向生長(zhǎng)過(guò)程中依序生長(zhǎng)第一N型氮化鎵(CaN)22、第二N型氮化鎵24及P型氮化鎵26；及(2)請(qǐng)參閱圖3B，利用照相平版(photo-lithography)及蝕刻的技術(shù)，去除部份第二N型氮化鎵24及P型氮化鎵26，然后分別在所述P型氮化鎵26及第一N型氮化鎵22上形成第一電極28a及第二電極28b。
在上述的晶體取向生長(zhǎng)過(guò)程中，可調(diào)變晶體取向生長(zhǎng)溫度、壓力、氨氣(NH3)流量、載子氣體(氫氣與氮?dú)?比例、或摻入鎂、硅等雜質(zhì)，調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)可使晶體取向生長(zhǎng)層22、24及26間產(chǎn)生不同的能級(jí)，特別是在晶體取向生長(zhǎng)層24及26的介面附近，在外加電流時(shí)，所產(chǎn)生的發(fā)光光譜有兩個(gè)主波峰，分別是波長(zhǎng)為370nm～450nm左右的藍(lán)色光及波長(zhǎng)為500nm～600nm左右的黃色光。
所述圖3中說(shuō)明之本發(fā)明的白色發(fā)光二極管，其晶體取向生長(zhǎng)層是以氮化鎵材料所構(gòu)成的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，另可以氮化鋁鎵材料取代氮化鎵材料，而形成雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參閱圖4，其體系結(jié)構(gòu)系包括一基板30；一N型氮化鋁鎵32，形成于所述基板30之上，該N型氮化鋁鎵32上分為第一區(qū)域和第二區(qū)域；一N型氮化鎵34，形成于所述N型氮化鋁鎵32的第一區(qū)域上；一P型氮化鋁鎵36，形成於所述N型氮化鎵34上；一第一電極38a，形成於所述P型氮化鋁鎵36上，且不完全覆蓋所述P型氮化鋁鎵36；及一第二電極38b，形成於所述N型氮化鋁鎵32的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
上述實(shí)施例中所成長(zhǎng)的晶體取向生長(zhǎng)層，在特定的參數(shù)范圍內(nèi)，其發(fā)光光譜有兩個(gè)主波峰，分別是藍(lán)色光(B)及黃色光(Y)，發(fā)光二極管所發(fā)出的光線顏色為此二種色光的混合，適當(dāng)?shù)目刂破浔壤憧珊铣砂坠猓谏鲜龅诙€(gè)實(shí)施例中，以N型氮化鎵作為發(fā)光活性層的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)可提高白色發(fā)光二極管的發(fā)光效率。且在所述體系結(jié)構(gòu)中，發(fā)光活性層內(nèi)可以完全不含銦，僅以氮化鎵便可制成白色發(fā)光二極管。又因?yàn)榈X鎵的晶格常數(shù)與氮化鎵相差不大，晶體取向生長(zhǎng)溫度也可以與氮化鎵相同，所以本實(shí)施例之結(jié)構(gòu)在提高發(fā)光效率之余，仍可維持低的晶格缺陷。
本發(fā)明之第三實(shí)施例系在所述第二實(shí)施例的體系結(jié)構(gòu)上增加了一氮化鎵緩沖層及一P型氮化鎵，借以提升晶體取向生長(zhǎng)層的品質(zhì)，提高發(fā)光亮度，獲得較低的工作電壓及提高使用壽命。請(qǐng)參閱圖5，其體系結(jié)構(gòu)系包括一基板40；一氮化鎵緩沖層41，形成於所述基板40上，該氮化鎵緩沖層41上分為第一區(qū)域和第二區(qū)域；一N型氮化鋁鎵42，形成於所述氮化鎵緩沖層41的第一區(qū)域上；一N型氮化鎵43，形成於所述氮化鋁鎵42上；一P型氮化鋁鎵44，形成於所述N型氮化鎵43上；一P型氮化鎵45，形成於所述P型氮化鋁鎵44上，且不完全覆蓋所述P型氮化鋁鎵44；一第一電極48a，形成於所述P型氮化鎵45上；及第二電極48b，形成于所述氮化鎵緩沖層41的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
前面所提到的本發(fā)明之實(shí)施例系經(jīng)由控制晶體取向生長(zhǎng)參數(shù)，使晶體取向生長(zhǎng)層間產(chǎn)生不同的能級(jí)差，而使得發(fā)光光譜產(chǎn)生不同的主波峰。下面的實(shí)施例中，則是在發(fā)光二極管中制作量子井的體系結(jié)構(gòu)，同樣地在晶體取向生長(zhǎng)過(guò)程中成長(zhǎng)量子井時(shí)，借由晶體取向生長(zhǎng)參數(shù)的調(diào)變，可使不同的量子井發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，請(qǐng)參閱圖6，本發(fā)明之第四個(gè)實(shí)施例系以兩組量子井做為活性發(fā)光層，其包括一基板50；一氮化鎵緩沖層52，形成於所述基板50上，該氮化鎵緩沖層52上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一N型氮化鋁鎵54，形成於所述氮化鎵緩沖層52的第一區(qū)域上；一第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)55，形成於所述N型氮化鋁鎵54上，可發(fā)出波長(zhǎng)約550nm至620nm的黃光；一第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)56，形成于所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)55，可發(fā)出波長(zhǎng)約370nm至500nm的藍(lán)光；一P型氮化鋁鎵57，形成於所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)56上；一P型氮化鎵58，形成於所述P型氮化鋁鎵57上，且不完全覆蓋所述P型氮化鋁鎵57；一第一電極59a，形成於所述P型氮化鎵58上；及一第二電極59b，形成於所述氮化鎵緩沖層52的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)55系包括一氮化銦鎵量子井層55b，其厚度約為0.5nm至10nm間；及在氮化銦鎵量子井層55b兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層55a、55c，其厚度約為5nm至100nm間。相同地，所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)56系包括一氮化銦鎵量子井層56b，其厚度約為0.5nm至10nm間；及在氮化銦鎵量子井層56b兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層56a，56c，其厚度約為5nm至100nm間。其中，所述氮化銦鎵障壁層55a，55c的化學(xué)式可表為InyGa1-yN，而所述氮化銦鎵量子井層55b的化學(xué)式可表為InzGa1-zN，所述氮化銦鎵障壁層56a，56c的化學(xué)式可表為InmGa1-mN，而所述氮化銦鎵量子井層56b的化學(xué)式可表為InnGa1-nN，又N型氮化鋁鎵54及P型氮化鋁鎵57的化學(xué)式可表為AlxGa1-xN。且1≥x＞0，1≥z＞y≥0，1≥n＞m≥0。所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)56系發(fā)出波長(zhǎng)較短的藍(lán)光，而第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)55系發(fā)出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的黃光，借以避免由第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)55發(fā)出的光會(huì)被第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)56吸收。
為了提升白色發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，并借以可調(diào)變不同主波峰的強(qiáng)度，請(qǐng)參閱圖7，本發(fā)明之第五實(shí)施例采用了和第四實(shí)施例相同的制作過(guò)程及制作參數(shù)，但增加了第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)55與第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)56中量子井的數(shù)目，也就是說(shuō)每一組結(jié)構(gòu)均包含復(fù)數(shù)層量子井。另外，在圖7中標(biāo)示著與圖6中相同之標(biāo)號(hào)者，即表示相同的元件，故不再重復(fù)其說(shuō)明。
在上述第四及第五實(shí)施例中，均是利用發(fā)光光譜的藍(lán)光及黃光范圍內(nèi)的兩個(gè)主波峰來(lái)混合成白光，但另外也可使用藍(lán)光、綠光及紅光范圍內(nèi)的三個(gè)主波峰來(lái)混合成白光。因此，本發(fā)明的第六實(shí)施例中即包括了三組量子井結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參閱圖8，其體系結(jié)構(gòu)系包括一基板60；一氮化鎵緩沖層61，形成于所述基板60上，該氮化鎵緩沖層61上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一N型氮化鋁鎵62，形成于所述氮化鎵緩沖層61上的第一區(qū)域上；一第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)63，形成于所述N型氮化鋁鎵62上，可發(fā)出波長(zhǎng)約570nm至640nm的黃光或紅光；一第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64，形成于所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)63，可發(fā)出波長(zhǎng)約500nm至555nm的綠光；一第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65，形成于所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64，可發(fā)出波長(zhǎng)370nm至500nm的藍(lán)光；一P型氮化鋁鎵66，形成于所述第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65上；一P型氮化鎵67，形成于所述P型氮化鋁鎵66上；一第一電極68a，形成于所述P型氮化鎵67上；及一第二電極68b，形成于所述氮化鎵緩沖層61的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)63系包括一氮化銦鎵量子井層63b，其厚度約為0.5nm至10nm間；及在氮化銦鎵量子井層63b兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層63a、63c，其厚度約為5nm至100nm間。相同地，所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64系包括一氮化銦鎵量子井層64b，其厚度約為0.5nm至10nm間；及在氮化銦鎵量子井層64b兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層64a、64c，其厚度約為5nm至100nm間。所述第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65系包括一氮化銦鎵量子井層65b，其厚度約為0.5nm至10nm間；及在氮化銦鎵量子井層65b兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層65a、65c，其厚度約為5nm至100nm間。其中，所述氮化銦鎵障壁層63a、63c的化學(xué)式可表為InyGa1-yN，而所述氮化銦鎵量子井層63b的化學(xué)式可表為InzGa1-zN，所述氮化銦鎵障壁層64a、64c的化學(xué)式可表為InmGa1-mN，而所述氮化銦鎵量子井層64b的化學(xué)式可表為InnGa1-nN，所述氮化銦鎵障壁層65a、65c的化學(xué)式可表為InpGa1-pN，而所述氮化銦鎵量子井層65b的化學(xué)式可表為InqGa1-qN，又N型氮化鋁鎵62及P型氮化鋁鎵66的化學(xué)式均可表為AlxGa1-xN。且1≥x＞0，1≥z＞y≥0，1≥n＞m≥0，1≥q＞p≥0。所述第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65系發(fā)出波長(zhǎng)較短的藍(lán)光，而第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64發(fā)出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的綠光，第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)63發(fā)出波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅光，借以避免由第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)63發(fā)出的光會(huì)被第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64及第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65吸收，或第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64發(fā)出的光會(huì)被第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65吸收。
類似所述第四及第五實(shí)施例的關(guān)系，為了提升白色發(fā)光二極管的發(fā)光亮度，并借以可調(diào)變不同主波峰的強(qiáng)度。請(qǐng)參閱圖9，本發(fā)明之第七實(shí)施例采用了和第六實(shí)施例相同的制作過(guò)程及制作參數(shù)，但增加了第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)63、第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)64及第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)65中量子井的數(shù)目，也即每一組結(jié)構(gòu)均包含復(fù)數(shù)層量子井。
當(dāng)然，如上述的方法，量子井結(jié)構(gòu)的數(shù)量并不僅限于兩組或三組，而是可大于三組。每一組量子井結(jié)構(gòu)可發(fā)出一特定波長(zhǎng)的光，同時(shí)只要滿足發(fā)光光譜主波峰之波長(zhǎng)較長(zhǎng)者先成長(zhǎng)，而后依序成長(zhǎng)波長(zhǎng)較短者，即可得到發(fā)光光譜涵蓋可見(jiàn)光全光譜的白色發(fā)光二極管。另外，可借著改變各組量子井結(jié)構(gòu)的量子井?dāng)?shù)量，改變各不同波長(zhǎng)的強(qiáng)度，而可得到各種不同型態(tài)之光譜的全光譜發(fā)光二極管。不過(guò)，考慮實(shí)際的應(yīng)用與制作的問(wèn)題。量子井結(jié)構(gòu)的數(shù)目應(yīng)無(wú)需大于30組，而且做為發(fā)光二極管最佳的實(shí)施方式，其量子井結(jié)構(gòu)為15組。
至于上述各實(shí)施例中所提到之控制晶體取向生長(zhǎng)參數(shù)，以金屬有機(jī)氣相晶體取向生長(zhǎng)的制作過(guò)程為例，本發(fā)明所使用的晶體取向生長(zhǎng)參數(shù)大致范圍如下晶體取向生長(zhǎng)溫度約介于900℃至1200℃之間，晶體取向生長(zhǎng)壓力約為20毫巴至1000毫巴，氨氣(NH3)流量約為0.5slm至20slm，三甲基鎵(TMG)流量約為2sccm至100sccm，而摻雜的雜質(zhì)可為鋅(Zn)、鎂(Mg)、碳(C)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鈹(Be)、硅(Si)、硫(S)、硒(Se)等，摻雜濃度以上述實(shí)施例中所使用的鎂而言，約為1×1017至1×1019cm-3。
再者，在所述的實(shí)施例中，雖然均是以氮化鎵材料或是氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)來(lái)加以說(shuō)明，但實(shí)際上也可采用其他四四族、三五族或二六族半導(dǎo)體材料來(lái)制作白色發(fā)光二極管。例如，碳化硅(SiC)、氮化鋁(AIN)、氮化硼(BN)、硒化鋅(ZnSe)、硒硫化鋅(ZnSeS)等。
權(quán)利要求
1.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管，包括一基底；一第一N型半導(dǎo)體材料，形成於所述基底上，其上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一第二N型半導(dǎo)體材料，形成於所述第一層N型半導(dǎo)體材料上；一P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第二層N型半導(dǎo)體材料上；一第一電極，形成於所述P型半導(dǎo)體材料上，且不完全覆蓋所述P型半導(dǎo)體材料；及一第二電極，形成於所述第一N型半導(dǎo)體材料的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域，借以使得在第一電極與第二電極通電流時(shí)，在所述第二N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料的界面處發(fā)出的光譜具有兩個(gè)主波峰，而可混合成白光。
2.如權(quán)利要求1所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述N型半導(dǎo)體材料與P型半導(dǎo)體材料均為氮化鎵。
3.如權(quán)利要求2所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一N型氮化鎵可由一N型氮化鋁鎵取代，所述P型氮化鎵可由一P型氮化鋁鎵取代。
4.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管，包括一基板；一緩沖層，形成於所述基板上，該緩沖層上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一第一N型半導(dǎo)體材料，形成於所述緩沖層的第一區(qū)域之上；一第二N型半導(dǎo)體材料，形成於所述第一N型半導(dǎo)體材料上；一第一P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第二N型半導(dǎo)體材料上；一第二P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第一P型半導(dǎo)體材料上，且不完全覆蓋所述第一P型半導(dǎo)體材料；一第一電極，形成於所述第二P型半導(dǎo)體材料上；及一第二電極，形成於所述緩沖層的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述緩沖層為一氮化鎵緩沖層。
6.如權(quán)利要求4所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一N型半導(dǎo)體材料系N型氮化鋁鎵。
7.如權(quán)利要求4所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第二N型半導(dǎo)體材料系N型氮化鎵。
8.如權(quán)利要求4所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一P型半導(dǎo)體材料系P型氮化鋁鎵。
9.如權(quán)利要求4所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第二P型半導(dǎo)體材料系P型氮化鎵。
10.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管，包括一基板；一緩沖層，形成於所述基板上，該緩沖層上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一N型半導(dǎo)體材料，形成於所述緩沖層的第一區(qū)域之上；一第一量子井結(jié)構(gòu)，形成於所述N型半導(dǎo)體材料上，可發(fā)出波長(zhǎng)約550nm至620nm的黃光；一第二量子井結(jié)構(gòu)，形成於所述第一量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出波長(zhǎng)約370nm至500nm的藍(lán)光；一第一P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第二量子井結(jié)構(gòu)上；一第二P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第一P型半導(dǎo)體材料上，且不完全覆蓋所述第一P型半導(dǎo)體材料；一第一電極，形成於所述第二P型半導(dǎo)體材料上；及一第二電極，形成於所述緩沖層的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
11.如權(quán)利要求10所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述緩沖層系氮化鎵緩沖層。
12.如權(quán)利要求10所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述N型半導(dǎo)體材料系N型氮化鋁鎵。
13.如權(quán)利要求10所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一量子井結(jié)構(gòu)及第二量子井結(jié)構(gòu)均系氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求10所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一P型半導(dǎo)體材料系P型氮化鋁鎵。
15.如權(quán)利要求10所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第二P型半導(dǎo)體材料系P型氮化鎵。
16.如權(quán)利要求12所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述N型氮化鋁鎵的化學(xué)式為AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
17.如權(quán)利要求14所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述P型氮化鋁鎵的化學(xué)式為AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
18.如權(quán)利要求13所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)系包括一氮化銦鎵量子井層及位於該氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層。
19.如權(quán)利要求13所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)系包括一氮化銦鎵量子井層及位於該氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層。
20.如權(quán)利要求13所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)系包括有復(fù)數(shù)個(gè)氮化銦鎵量子井及位於每一氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層。
21.如權(quán)利要求13所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)系包括有復(fù)數(shù)個(gè)氮化銦鎵量子井及位於每一氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層。
22.如權(quán)利要求18或20所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述氮化銦鎵量子井層的化學(xué)式為InzGa1-zN，氮化銦鎵障壁層的化學(xué)式為InyGa1-yN，且1≥z＞y≥0。
23.如權(quán)利要求19或21所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述氮化銦鎵量子井層的化學(xué)式為InnGa1-nN，氮化銦鎵障壁層的化學(xué)式為InmGa1-mN，且1≥n＞m≥0。
24.如權(quán)利要求22所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述氮化銦鎵量子井層的厚度系介於0.5nm至10nm之間，所述氮化銦鎵障壁層的厚度系介於5nm至100nm之間。
25.如權(quán)利要求23所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述氮化銦鎵量子井層的厚度系介於0.5nm至10nm之間，所述氮化銦鎵障壁層的厚度系介於5nm至100nm之間。
26.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管，包括一基板；一緩沖層，形成於所述基板上，該緩沖層上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一N型半導(dǎo)體材料，形成於所述緩沖層的第一區(qū)域之上；一第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，形成於所述N型半導(dǎo)體材料上，可發(fā)出波長(zhǎng)約570nm至650nm的黃光或紅光；一第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，形成於所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出波長(zhǎng)約500nm至555nm的綠光；一第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，形成於所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出波長(zhǎng)約370nm至500nm的藍(lán)光；一第一P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)上；一第二P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第一P型半導(dǎo)體材料上，且不完全覆蓋所述第一P型半導(dǎo)體材料；一第一電極，形成於所述第二P型半導(dǎo)體材料上；及一第二電極，形成於所述緩沖層的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
27.如權(quán)利要求26所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述緩沖層系一氮化鎵緩沖層。
28.如權(quán)利要求26所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述N型半導(dǎo)體材料為N型氮化鋁鎵。
29.如權(quán)利要求26所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一P型半導(dǎo)體材料為P型氮化鋁鎵。
30.如權(quán)利要求26所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第二P型半導(dǎo)體材料為P型氮化鎵。
31.如權(quán)利要求26所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一量子井結(jié)構(gòu)、第二量子井結(jié)構(gòu)及第三量子井結(jié)構(gòu)均系氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，且每一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)均系包括至少一氮化銦鎵量子井層及位於該氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層。
32.如權(quán)利要求28所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述N型氮化鋁鎵的化學(xué)式可表示為AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
33.如權(quán)利要求29所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述P型氮化鋁鎵的化學(xué)式可表示為AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
34.如權(quán)利要求31所述的白色發(fā)光二極管，其中，在所述第一氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)內(nèi)，氮化銦鎵量子井層的化學(xué)式為InzGa1-zN，氮化銦鎵障壁層的化學(xué)式為InyGa1-yN，且1≥z＞y≥0。
35.如權(quán)利要求31所述的白色發(fā)光二極管，其中，在所述第二氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)內(nèi)，氮化銦鎵量子井層的化學(xué)式為InnGa1-nN，氮化銦鎵障壁層的化學(xué)式為InmGa1-mN，且1≥n＞m≥0。
36.如權(quán)利要求31所述的白色發(fā)光二極管，其中，在所述第三氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)內(nèi)，氮化銦鎵量子井層的化學(xué)式為InqGa1-qN，氮化銦鎵障壁層的化學(xué)式為InpGa1-pN，且1≥q＞p≥0。
37.如權(quán)利要求31所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述第一氮化銦鎵量子井層、第二氮化銦鎵量子井層及第三氮化銦鎵量子井層的厚度皆系介於0.5nm至10nm之間，且所述第一氮化銦鎵量子井層、第二氮化銦鎵量子井層及第三氮化銦鎵量子井層的氮化銦鎵障壁層的厚度皆系介於5nm至100nm之間。
38.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管，包括一基板；一緩沖層，形成於所述基板上，該緩沖層上分為第一區(qū)域及第二區(qū)域；一N型半導(dǎo)體材料，形成於所述緩沖層的第一區(qū)域之上；復(fù)數(shù)組氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)，形成於所述N型半導(dǎo)體材料上，氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜主波峰之波長(zhǎng)較長(zhǎng)者先成長(zhǎng)，而後依序成長(zhǎng)波長(zhǎng)較短者；一第一P型半導(dǎo)體材料，形成於所述復(fù)數(shù)組氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)上；一第二P型半導(dǎo)體材料，形成於所述第一P型半導(dǎo)體材料上，且不完全覆蓋所述第一P型半導(dǎo)體材料；一第一電極，形成於所述第二P型半導(dǎo)體材料上；及一第二電極，形成於所述緩沖層的第二區(qū)域上，且不完全覆蓋該第二區(qū)域。
39.如權(quán)利要求38所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述復(fù)數(shù)組氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)中，每一組氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)均系包括至少一氮化銦鎵量子井層及位於該氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的氮化銦鎵障壁層。
40.如權(quán)利要求38所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述復(fù)數(shù)組氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)的數(shù)目約為3至30組。
41.如權(quán)利要求38所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述復(fù)數(shù)組氮化銦鎵量子井結(jié)構(gòu)的數(shù)目最好為15組。
42.如權(quán)利要求39所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述氮化銦鎵量子井層的厚度皆系介於0.5nm至10nm之間，且所述氮化銦鎵量子井層的氮化銦鎵障壁層的厚度皆系介於5nm至100nm之間。
43.如權(quán)利要求39所述的白色發(fā)光二極管，其中，所述氮化銦鎵量子井層的銦含量大於在該氮化銦鎵量子井層兩側(cè)的所述氮化銦鎵障壁層的銦含量。
44.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管的制作方法，包括下列步驟(i)提供一基板；(ii)在該基板上依序形成一第一N型半導(dǎo)體材料、一第二N型半導(dǎo)體材料及一P型半導(dǎo)體材料，借以形成白色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；(iii)局部蝕刻P型半導(dǎo)體材料和第二N型半導(dǎo)體材料，使第二N型半導(dǎo)體材料不完全覆蓋所述第一N型半導(dǎo)體材料；(iv)分別在P型半導(dǎo)體材料及第一N型半導(dǎo)體材料上鍍上第一電極與第二電極，并將所述第一電極界定于不完全覆蓋所述P型半導(dǎo)體材料，將所述第二電極界定于不完全覆蓋所述第一N型半導(dǎo)體材料。
45.如權(quán)利要求44所述的制作方法，其中，所述半導(dǎo)體材料可為氮化鎵。
46.如權(quán)利要求45所述的制作方法，其中，可用N型氮化鋁鎵取代所述第一N型氮化鎵，并用P型氮化鋁鎵取代所述P型氮化鎵。
47.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管的制作方法，包括下列步驟(i)提供一基板；(ii)在該基板上依序形成一緩沖層、一第一N型半導(dǎo)體材料、一第二N型半導(dǎo)體材料、一第一P型半導(dǎo)體材料及一第二P型半導(dǎo)體材料，借以形成白色發(fā)光二極管體系結(jié)構(gòu)；(iii)局部蝕刻第二P型半導(dǎo)體材料、第一P型半導(dǎo)體材料、第二N型半導(dǎo)體材料及第一N型半導(dǎo)體材料，使第一N型半導(dǎo)體材料不完全覆蓋所述緩沖層；(iv)分別在第二P型半導(dǎo)體材料及緩沖層上鍍上第一電極與第二電極，并將所述第二P型半導(dǎo)體材料與第一電極界定於不完全覆蓋所述第一P型半導(dǎo)體材料，將所述第二電極界定於不完全覆蓋所述緩沖層。
48.如權(quán)利要求47所述的制作方法，其中，所述緩沖層系以氮化鎵材料形成。
49.如權(quán)利要求47所述的制作方法，其中，所述第一N型半導(dǎo)體材料系以N型氮化鋁鎵材料形成。
50.如權(quán)利要求47所述的制作方法，其中，所述第二N型半導(dǎo)體材料系以N型氮化鎵材料形成。
51.如權(quán)利要求47所述的制作方法，其中，所述第一P型半導(dǎo)體材料系以P型氮化鋁鎵材料形成。
52.如權(quán)利要求47所述的制作方法，其中，所述第二P型半導(dǎo)體材料系以P型氮化鎵材料形成。
53.一種具有光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管的制作方法，包括下列步驟(i)提供一基板；(ii)在該基板上依序形成一緩沖層、一N型半導(dǎo)體材料、一第一量子井結(jié)構(gòu)、一第二量子井結(jié)構(gòu)、一第一P型半導(dǎo)體材料及一第二P型半導(dǎo)體材料，借以形成白色發(fā)光二極管體系結(jié)構(gòu)；(iii)局部蝕刻第二P型半導(dǎo)體材料、第一P型半導(dǎo)體材料、第二量子井結(jié)構(gòu)、第一量子井結(jié)構(gòu)及N型半導(dǎo)體材料，使N型半導(dǎo)體材料不完全覆蓋所述緩沖層；(iv)分別在第二P型半導(dǎo)體材料及緩沖層上鍍上第一電極與第二電極，并將所述第二P型半導(dǎo)體材料與第一電極界定於不完全覆蓋所述第一P型半導(dǎo)體材料，將所述第二電極界定於不完全覆蓋所述緩沖層。
54.如權(quán)利要求53所述的制作方法，更包括在成長(zhǎng)第二量子井結(jié)構(gòu)之後，成長(zhǎng)第一P型半導(dǎo)體材料之前，成長(zhǎng)一第三量子井結(jié)構(gòu)的步驟。
55.如權(quán)利要求53所述的制作方法，其中，所述緩沖層系以氮化鎵材料形成。
56.如權(quán)利要求53項(xiàng)的制作方法，其中，所述N型半導(dǎo)體材料系以N型氮化鋁鎵材料形成。
57.如權(quán)利要求53或54所述的制作方法，其中，所述第一P型半導(dǎo)體材料系以P型氮化鋁鎵材料形成。
58.如權(quán)利要求53所述的制作方法，其中，所述第二P型半導(dǎo)體材料系以P型氮化鎵材料形成。
59.如權(quán)利要求53所述的制作方法，其中，所述量子井結(jié)構(gòu)均系利用氮化銦鎵材料形成。
60.如權(quán)利要求54所述的制作方法，更包括在成長(zhǎng)第三量子井結(jié)構(gòu)之後，成長(zhǎng)第一P型半導(dǎo)體材料之前，成長(zhǎng)復(fù)數(shù)組量子井結(jié)構(gòu)的步驟，且所述量子井結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜主波峰之波長(zhǎng)較長(zhǎng)者先成長(zhǎng)，而后依序成長(zhǎng)波長(zhǎng)較短者。
61.如權(quán)利要求60所述的制作方法，其中，所成長(zhǎng)的所述量子井結(jié)構(gòu)的數(shù)目約介於3至30組之間，且每一組量子井結(jié)構(gòu)均系包括至少一量子井層及位於該量子井層兩側(cè)的障壁層。
62.如權(quán)利要求61所述的制作方法，其中，所述量子井結(jié)構(gòu)均系利用氮化銦鎵材料形成。
全文摘要
一種具有兩個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換能級(jí)距離的白色發(fā)光二極管及其制作方法,主要是利用晶體的取向生長(zhǎng)形成PN二極管時(shí),借由調(diào)變晶體取向生長(zhǎng)時(shí)的溫度、壓力、氨氣流流量、載子氣體比例、或加入鎂、硅等摻雜質(zhì),在特定的參數(shù)范圍內(nèi),使PN二極管接面的發(fā)光光譜具有兩個(gè)主波峰,然后控制主波峰的發(fā)光波長(zhǎng)及強(qiáng)度,即可調(diào)變出白光。另外,亦可利用在PN二極管結(jié)構(gòu)中,成長(zhǎng)量子井結(jié)構(gòu),同樣調(diào)變晶體取向生長(zhǎng)時(shí)的參數(shù),使量子井結(jié)構(gòu)的發(fā)光光譜具不同的主波峰,借由結(jié)合兩個(gè)或三個(gè)主波峰以調(diào)變出白光。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1245352SQ98117179
公開(kāi)日2000年2月23日 申請(qǐng)日期1998年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月14日
發(fā)明者陳金源, 黃兆年, 黃斐章, 洪銘煌, 林耕華 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院