專利名稱：白色光發(fā)光二極管和中性色發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由單個(gè)LED芯片產(chǎn)生白光的白色光發(fā)光二極管(LED)，還涉及由單個(gè)LED芯片產(chǎn)生為紅和藍(lán)之間中性色的紅紫光或粉光的中性色LED。特別是，本發(fā)明涉及白色LED和中性色LED的結(jié)構(gòu)。白光由包括藍(lán)、紅、綠等的多個(gè)波長(zhǎng)組合而成。非常需要新的白光源。白光是最合適的照明光源，是由于白光包括了所有的原色。白光適合于各種顯示。白光也適合于液晶顯示器(LCD)的后照光。紅和紫之間的中性色LED也適合用于顯示和照明。本發(fā)明提出一種適合于照明、顯示、LCD后照光等的中性色LCD和白光LCD。
LED通過電流提升電子并在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的帶隙(禁帶)上扔下電子來發(fā)光。電子躍遷能量產(chǎn)生光。帶隙等于作為光量子的光子能量。有源層的帶隙給出發(fā)射光的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)決定了光的顏色。光的顏色取決于LED有源層的材料。
所有的常規(guī)LED都是利用電子的帶隙躍遷產(chǎn)生光。所有的帶隙躍遷LED發(fā)出單色光(單色LED)。現(xiàn)已制造出并銷售有發(fā)出紅、黃、綠或藍(lán)色的單色LED。例如，現(xiàn)已銷售有能產(chǎn)生大于幾個(gè)坎德拉(Cd)的較強(qiáng)能量的紅光高發(fā)光二極管。紅光LED基于鋁鎵砷(AlGaAs)或鎵砷磷(GaAsP)的有源層。廉價(jià)的紅光LED有廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)也已制造出并銷售有具有磷化鎵(GaP)發(fā)光層(有源層)的綠/黃綠光LED?，F(xiàn)已提出SiC層作為有源層的藍(lán)光LED。在市場(chǎng)上已有基于鎵銦氮(GaInN)有源層的藍(lán)/綠光LED。具有AlGaAsP有源層的LED為橘黃/黃色LED?，F(xiàn)已制造出具有下列顏色和有源層組合的單色LED。
顏色 有源層材料(1)紅LED…AlGaAs，GaAsP
(2)綠-黃綠LED…GaP(3)藍(lán)LED…SiC(4)藍(lán)-綠LED…GaInN(5)橘黃LED…AlGaInP這些已成熟為便宜實(shí)用的LED。在這些LED之中，GaP LED和SiC LED還沒有得到大于1坎德拉的較高能量發(fā)射，是由于GaP和SiC為間接躍遷型半導(dǎo)體。決定波長(zhǎng)的是有源層的材料。選擇具有需要的帶隙并滿足如晶格匹配條件等條件的晶體作為有源層。
由于LED利用了電子帶隙躍遷引起的光子發(fā)射，所以所有的常規(guī)LED能發(fā)出單色光。由此，常規(guī)的LED都是單色光源。單色的LED作為顯示光源有廣泛的用途。然而，單色LED不能代替所有的目前光源。由于單色光僅包括單波長(zhǎng)的光，所以單色光不能用于采光(照明)，特定的顯示或LCD后照光。如果單色LED用做光源，被照物體將都帶有單色LED發(fā)出的顏色，而不是物體固有的顏色。如果單色LED用做LCD后照光，那么LCD將顯示出單色的圖象。
采光或照明需要內(nèi)在包括所有原色的白色光源和包括紫和紅之間中性色的中性色光源。然而，到目前為止還沒有能夠發(fā)出白光的半導(dǎo)體LED。照明光一般仍由白熾光燈泡或熒光燈提供。雖然很便宜，但白熾光燈泡具有壽命短和發(fā)光效率低的缺點(diǎn)。熒光燈同樣具有壽命低的缺點(diǎn)，然而比白熾光燈泡的發(fā)光效率高。此外，熒光燈需要如穩(wěn)壓器等的較重附件。熒光燈還具有尺寸大和重量大的缺點(diǎn)。
希望未來的白和紅-紫中性色光源滿足一些特性，即，尺寸小、附件簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、照明效率高和價(jià)格低。能夠滿足這些困難要求的一個(gè)后選是半導(dǎo)體發(fā)光器件(LED或LD)。LED為小、輕和便宜并且長(zhǎng)壽命和高效率的光源。然而，由于LED利用價(jià)帶和導(dǎo)帶之間禁帶上的電子躍遷，因此LED固有地發(fā)出單色光。由于帶隙躍遷發(fā)光，無論是單個(gè)LED還是單個(gè)的LD都不能產(chǎn)生白色光。單色性是LED的固有特性。
對(duì)于中性色，常規(guī)的LED能夠產(chǎn)生原色(RGB)和有限的中性色。目前的LED能夠產(chǎn)生的顏色為紅、橘黃、黃、黃綠、綠、藍(lán)綠、藍(lán)、藍(lán)紫和紫。其中，紅、綠和藍(lán)為原色。橘黃、黃和黃綠為藍(lán)和綠之間的中性色。藍(lán)綠、藍(lán)紫和紫是藍(lán)和綠之間的中性色。在三個(gè)原色中，紅色波長(zhǎng)最長(zhǎng)，綠色波長(zhǎng)居中，藍(lán)色波長(zhǎng)最短。藍(lán)和綠為較近的一對(duì)。綠和紅為另一較近的一對(duì)。LED可以發(fā)出兩個(gè)相鄰原色(R-G和G-B)之間的中性色。常規(guī)LED的任何中性色仍為僅擁有一個(gè)波長(zhǎng)的單色?；趲盾S遷的常規(guī)LED能夠產(chǎn)生單色的R-G或G-B中性色。
任何常規(guī)的LED不能發(fā)出紅和藍(lán)(R-B)之間的中性色或紅、綠和藍(lán)(R-G-B)中的中性色。紅和藍(lán)有不同的波長(zhǎng)。藍(lán)和紅(B-R)之間以及藍(lán)，紅和綠(P-G-B)中的中性色不再是具有單一波長(zhǎng)的單色，而是包括多個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)合色。由此，白(R-G-B)色和R-B中性色原則上不能由電子帶隙躍遷產(chǎn)生。
代替單色的光源，裝飾或顯示要求為紅和藍(lán)混合色的中性色和為藍(lán)、綠和紅混合色的白色。利用電子帶隙躍遷的常規(guī)LED為所有的單色光源。雖然常規(guī)的藍(lán)綠LED、藍(lán)紫LED和橘黃LED基本上為單色LED，但每個(gè)LED在發(fā)射光譜中的某處僅有一個(gè)波長(zhǎng)峰值。
本發(fā)明中的中性色不是居于兩個(gè)原色之間的單色，而是原色的混合色。單色光源在光譜中有一個(gè)峰值。但是，本發(fā)明的中性色在光譜中有至少兩個(gè)峰值。
通過組合紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED可以制成白色ED。紅色LED和綠色LED已廣泛制造并在市場(chǎng)有售。由于很難制出具有寬帶隙的良好晶體，因此比紅色LED或綠色LED更難制造藍(lán)色LED。近來，已發(fā)明出基于GaInN有源層和藍(lán)寶石襯底的藍(lán)色LED。目前藍(lán)色LED已制造并供應(yīng)市場(chǎng)。三原色(紅、綠和藍(lán))LED已能買到。通過組合紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED可以制成白色LED。然而，三個(gè)元件的LED增加了混合LED的成本。三個(gè)LED會(huì)消耗比單個(gè)LED大三倍的電能。三個(gè)元件的LED需要復(fù)雜的電能平衡，以制造適合于照明或采光的白色。調(diào)制電能平衡的需要使驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化。LED元件的組裝件增大了器件的尺寸。三元件的白光LED沒有比目前流行的白熾燈或熒光燈更優(yōu)越。代替一組三個(gè)LED，由單個(gè)LED產(chǎn)生白光是優(yōu)選的。
已進(jìn)行了制備由GaN型藍(lán)LED和YAG熒光層組成的白色LED的試驗(yàn)。YAG-GaN LED為第一個(gè)提出的白色LED，將在下文進(jìn)行介紹。
①Shuji Nakamura&Gerbard Fasol，“The Blue Laser Diode(GaN Based Light Emitters and Lasers)，1997年1月，Springer，p216-221(1997)”通過將具有GaInN有源層的GaN型藍(lán)光LED掩埋到發(fā)黃熒光的YAG槽內(nèi)制成YAG-GaN LED。YAG為釔鋁石榴石的縮寫。

圖1(a)示出了提出的GaN-YAG LED的一部分(a)，圖1(b)示出了提出的GaN-YAG LED的放大部分。半球形透明塑料模1固定了第一管座2和第二管座3。Γ形第一管座2有一個(gè)帶小凹腔4的上側(cè)臂。具有GaInN有源層的GaN型藍(lán)光LED芯片5設(shè)置在凹腔4的底部。LED 5在頂部有陰極和陽極。電極通過金屬絲7和8連接到管座2和3。凹腔4由黃色的YAG熒光體6填充，完全地覆蓋GaN型LED5。硬化YAG樹脂之后，由透明塑料1模塑管座2和3。
常規(guī)的光電二極管(PD)和發(fā)光二極管(LED)用做導(dǎo)電襯底。所述導(dǎo)電襯底可以為電極中的一個(gè)，主要為陰極。常規(guī)的PD或LED在它的上部?jī)H有一個(gè)通過單個(gè)金屬線連接到管座的電極(主要為陽極)。然而，目前的GaN型藍(lán)光LED使用絕緣的藍(lán)寶石(Al2O3)晶體作為襯底，是由于很難生長(zhǎng)良好的GaN單晶。GaN層生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上，GaInN有源層層疊在GaN型LED 5中的GaN層上。絕緣的藍(lán)寶石襯底不能作為陰極。陰極與陽極并排地形成在芯片的頂部。兩個(gè)頂部電極需要兩個(gè)金屬絲與管座連接。當(dāng)電流從陽極流向陰極時(shí)，GaN型LED 5發(fā)藍(lán)光。部分藍(lán)光穿過YAG熒光體槽6到達(dá)外部空間。其余的藍(lán)光被YAG熒光體槽6吸收，并轉(zhuǎn)化為比母體藍(lán)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的黃光。YAG槽6發(fā)射轉(zhuǎn)換的黃光(F)。LED 5發(fā)射藍(lán)光(E)。黃光(F)和藍(lán)光(E)一起從塑料模1中發(fā)出。黃和藍(lán)自然地合成。當(dāng)藍(lán)光的能量和黃光的能量比值在合適的范圍內(nèi)時(shí)，合成色為白色。YAG-GaN目的在于使GaN-LED的藍(lán)光與由藍(lán)光激發(fā)來自YAG槽的黃熒光疊加產(chǎn)生白色。
通過在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的帶隙(禁帶)上升高和降低電子能量LED主動(dòng)地發(fā)光。熒光材料被動(dòng)地發(fā)光。當(dāng)熒光材料吸收LED光時(shí)，一些電子從基帶躍遷到激發(fā)帶。電子在激發(fā)帶停留很短的時(shí)間并借助稱做“熒光中心”的額外能級(jí)落回到基帶。熒光體產(chǎn)生比原始的LED光能量低的光。當(dāng)LED由熒光材料包圍時(shí)，LED發(fā)出固有的藍(lán)光，熒光材料發(fā)出比固有的藍(lán)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光。YAG產(chǎn)生由藍(lán)光激發(fā)的黃熒光。當(dāng)藍(lán)光和黃熒光以適當(dāng)比例混合在一起時(shí)，合成了白光。在三原色中藍(lán)光有最短的波長(zhǎng)和最高的能量。藍(lán)光LED的外觀能夠產(chǎn)生白光。
圖2示出了YAG-GaN LED的發(fā)射光譜。橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)?？v坐標(biāo)為發(fā)射強(qiáng)度(任意單元)。460nm的尖峰初始由GaN型LED產(chǎn)生。460nm等于GaInN的帶隙。550nm的寬峰值由熒光體YAG槽產(chǎn)生。人眼不能辨別光的分量(460nm和550nm)。合成的光看起來為白色。
然而，提出的YAG-GaN LED有一些缺點(diǎn)，列舉如下(1)半透明YAG熒光體填充在凹腔內(nèi)覆蓋LED。YAG吸收LED光，導(dǎo)致低的外部量子效率。雖然使用了固有地大于1坎德拉的亮度和大于5％的外部量子效率的強(qiáng)GaInN LED，由于YAG的吸收，白YAG-GaInN LED僅有0.5坎德拉和3.5％的外量子效率。YAG較差的透明度降低了亮度和量子效率。
(2)YAG熒光體的轉(zhuǎn)換效率僅為10％。這種低轉(zhuǎn)換效率降低了黃色分量。如果YAG的厚度增加以增強(qiáng)黃色，那么厚YAG進(jìn)一步降低了發(fā)光度。外量子效率進(jìn)一步減小。
(3)YAG-GaInN混合LED需要材料與GaN完全不同的YAG熒光體。外來的材料的存在增加了制造的步驟。工藝成本隨之增加。
(4)由于YAG熒光體填充在凹腔內(nèi)并覆蓋GaInN-LED。YAG提高了材料成本。用于YAG槽的管座的復(fù)雜形狀增加了管座的成本。
LED通常具有尺寸小、便宜、電流低和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種白色LED，能發(fā)出紅、綠和藍(lán)組合而成的白色。本發(fā)明的另一目的是提供一種中性色LED，能發(fā)出如紫紅、粉等的紅-藍(lán)中性色。
如圖30所示，本發(fā)明嘗試提出一種能合成白色①的白色LED，和能產(chǎn)生紫②、紅紫③、略帶紫色的粉④、粉⑤和黃粉⑥的中性色LED。
圖31為一般的色品圖。色品圖為將顏色的色刺激劃分和數(shù)字化為對(duì)應(yīng)于人眼中顏色敏感器官的三種RGB的原色紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)的色刺激，顯示可見光源顏色或可見物體顏色的兩維坐標(biāo)的曲線圖形。Q(λ)代表光源的光譜。通過物體光譜Q(λ)乘原色RGB的顏色匹配函數(shù)得到顏色敏感器官上的RGB色刺激。這里，r(λ)為紅色匹配函數(shù)，g(λ)為綠色匹配函數(shù)，b(λ)為藍(lán)色匹配函數(shù)。顏色敏感器官的紅色刺激X由X＝∫Q(λ)r(λ)dλ得到。對(duì)人敏感器官的綠色刺激Y為Y＝∫Q(λ)g(λ)dλ。藍(lán)色刺激Z為Z＝∫Q(λ)b(λ)dλ。色品圖為一組標(biāo)準(zhǔn)化的紅色刺激x和標(biāo)準(zhǔn)化的綠色刺激y的(x，y)。通過將三個(gè)積分的色刺激X、Y和Z相加為(X+Y+Z)，用和(X+Y+Z)除紅色刺激x和綠色刺激y，得到x＝X/(X+Y+Z)和y＝Y(jié)/(X+Y+Z)獲得標(biāo)準(zhǔn)化的紅色刺激x和綠色刺激y。省略標(biāo)準(zhǔn)化的z＝Z/(X+Y+Z)，以減少色參數(shù)。由于x+y+z＝1，所以很容易由x和y得到標(biāo)準(zhǔn)化的藍(lán)色刺激z。坐標(biāo)(x，y)為色品圖中的一組標(biāo)準(zhǔn)化的紅色刺激和標(biāo)準(zhǔn)化的綠色刺激。坐標(biāo)系統(tǒng)可以由三個(gè)角(0，0)(1，0)和(0，1)的直角等腰三角形內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)表示任何顏色。
圖31中馬蹄形的邊界實(shí)線表示單色。由三色匹配函數(shù)r(λ)、g(λ)和b(λ)可以確定馬蹄形的邊界曲線。例如，在大于550nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，藍(lán)色的感光度為零(z＝0)，單色的色品坐標(biāo)(x，y)在線x+y＝1上。在小于505nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，波長(zhǎng)的減小增加了藍(lán)色的分量，伴隨著紅色分量的輕微增加，將單色曲線與y軸(x＝0)分離。馬蹄形單色曲線的紅端為可見光680nm到980nm的最長(zhǎng)波長(zhǎng)極限。馬蹄形曲線的藍(lán)端為可見光380nm到410nm的最短波長(zhǎng)極限。通過根本不與單色對(duì)應(yīng)的直線連接最短的波長(zhǎng)端和最長(zhǎng)的波長(zhǎng)端。直線稱為紫邊界。由馬蹄形曲線和紫邊界包圍的內(nèi)部區(qū)域表示中性色。最內(nèi)的區(qū)域?yàn)榘咨珔^(qū)。如圖31所示，白色區(qū)的范圍從x＝0.22到x＝0.43和從y＝0.21到y(tǒng)＝0.43。常規(guī)的LED不能在單個(gè)器件內(nèi)產(chǎn)生白光。常規(guī)的LED不能得到粉、紫、紅紫的中性色的下部區(qū)域。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能發(fā)出圖30中白光①的白色LED。本發(fā)明的另一目的是提供一種能產(chǎn)生圖30中白色下面的中性色②、③、④、⑤和⑥的中性色LED。
要得到以上的目的并根據(jù)本發(fā)明的目的，這里較寬的意義上介紹實(shí)施例。
代替將磷光體添加到LED，本發(fā)明充分利用襯底自身作為熒光源。本發(fā)明賦予襯底作為熒光源的新角色，吸收來自有源層的LED光，并產(chǎn)生比LED光更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。LED有一個(gè)有源層或其它層淀積其上的襯底。有源層主動(dòng)地產(chǎn)生由帶隙確定波長(zhǎng)的光。在常規(guī)的LED中，襯底對(duì)發(fā)光沒有作出貢獻(xiàn)。在現(xiàn)有的LED中襯底的作用是什么呢？到目前為止，襯底僅有支撐外延發(fā)光結(jié)構(gòu)和引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)電流的兩個(gè)被動(dòng)的作用。
本發(fā)明通過將一些雜質(zhì)摻雜到ZnSe襯底內(nèi)充分利用ZnSe襯底作為熒光材料。ZnSe型有源層發(fā)出較短波長(zhǎng)的藍(lán)光。熒光襯底產(chǎn)生較長(zhǎng)波長(zhǎng)的黃或橘黃光。通過將來自ZnSe型有源層的藍(lán)光與來自ZnSe襯底的黃或橘黃熒光合成形成白色或中性色。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不添加任何新部件就可以將藍(lán)光LED轉(zhuǎn)化為白色或中性色LED。
本發(fā)明的LED通過組合有源層發(fā)射和襯底熒光得到白色和中性色光。在單個(gè)光子吸收光過程中，熒光的波長(zhǎng)比初始激發(fā)光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。由此，短波長(zhǎng)的藍(lán)光與激發(fā)光有關(guān)。如果激發(fā)光為較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，那么合成光可以是白光或RB中性色光。激發(fā)光可以是藍(lán)或藍(lán)綠。藍(lán)激發(fā)光限制了通過電子帶隙躍遷產(chǎn)生激發(fā)光的有源層的種類。有源層一定有一個(gè)對(duì)應(yīng)于藍(lán)色的帶隙能量。GaInN型有源層和ZnSe型有源層為已知的藍(lán)光源。本發(fā)明優(yōu)選ZnSe型有源層作為激發(fā)光光源。襯底應(yīng)適合于有源層。晶格匹配的限制決定了襯底的材料。由于有源層已確定為ZnSe，優(yōu)選的襯底應(yīng)為滿足晶格匹配條件的ZnSe。當(dāng)然，到現(xiàn)在為止，ZnSe型LED已作為藍(lán)光LED制造。但大多數(shù)ZnSe-LED在GaAs襯底(ZnSe/GaAs)的基礎(chǔ)上制造出，是由于具有低缺陷密度的GaAs晶片容易制造，并且GaAs滿足與ZnSe晶格匹配的條件。一些ZnSe-LED有半絕緣的ZnSe襯底。絕緣的ZnSe襯底需要兩根導(dǎo)線將n電極和p電極連接到兩個(gè)引線(lead)。任何一個(gè)藍(lán)ZnSe-LED都沒有導(dǎo)電的ZnSe襯底。
本發(fā)明采用導(dǎo)電的ZnSe作為ZnSe有源層的襯底，以滿足晶格匹配條件。我們發(fā)現(xiàn)一些ZnSe襯底有熒光的特點(diǎn)。
當(dāng)ZnSe摻雜有碘(I)、鋁(Al)、氯(Cl)、溴(Br)、鎵(Ga)或銦(In)時(shí)，ZnSe轉(zhuǎn)換為n型半導(dǎo)體。n型電導(dǎo)減小了ZnSe襯底的電阻率。同時(shí)，雜質(zhì)原子在ZnSe襯底內(nèi)形成發(fā)射中心。發(fā)射中心吸收短波長(zhǎng)光，并將光轉(zhuǎn)換為較長(zhǎng)波長(zhǎng)光，并發(fā)射較長(zhǎng)波長(zhǎng)光。吸收短于510nm的波長(zhǎng)光時(shí)，雜質(zhì)中心發(fā)射波長(zhǎng)范圍從550nm到650nm寬光譜的自激活發(fā)光(SA發(fā)射)。所述發(fā)射稱做自激活發(fā)射。發(fā)射中心稱做SA中心。可以通過選擇雜質(zhì)(I、Al、Cl、Br、Ga和In)和雜質(zhì)的濃度控制SA發(fā)射光譜的中波長(zhǎng)和半高全寬值(FWHM)。SA發(fā)射光譜廣泛地分布于紅和黃之間。
一般來說，ZnSe型有源層能產(chǎn)生波長(zhǎng)短于510nm的藍(lán)光。由于能帶尾現(xiàn)象，ZnSe襯底能吸收波長(zhǎng)短于510nm長(zhǎng)于帶隙波長(zhǎng)(460nm)的光，并能產(chǎn)生SA發(fā)射。對(duì)于本發(fā)明很重要的能帶尾現(xiàn)象是固有的，為雜質(zhì)摻雜的ZnSe所特有。由此，能帶尾現(xiàn)象已弄清楚了。通常沒有缺陷的半導(dǎo)體不能吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)于帶隙波長(zhǎng)的光。即，通常的半導(dǎo)體不能吸收波長(zhǎng)λ＞λg(＝hc/Eg)。當(dāng)半導(dǎo)體包括在禁帶中形成雜質(zhì)能級(jí)的雜質(zhì)時(shí)，雜質(zhì)能級(jí)引入雜質(zhì)能級(jí)和導(dǎo)帶之間或價(jià)帶和雜質(zhì)能級(jí)之間的額外躍遷。由于雜質(zhì)能級(jí)，襯底能夠吸收波長(zhǎng)λ＞λg的光。襯底當(dāng)然也吸收帶隙躍遷發(fā)射λg。然后，襯底變得對(duì)來自與襯底有相同組成的有源層發(fā)射的光不透明。這就是能帶尾現(xiàn)象。產(chǎn)生雜質(zhì)能級(jí)的是鋁、碘、溴或氯，現(xiàn)在稱做SA中心。
本發(fā)明的器件包括兩個(gè)部分(1)通過電子的帶隙躍遷發(fā)射藍(lán)光(460nm到510nm)的ZnSe型LED，以及(2)發(fā)射黃和紅(550nm到650nm)之間自激活光的ZnSe襯底。
本發(fā)明的優(yōu)越之處在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。一般來說，通過在襯底上生長(zhǎng)包括有源層的各種外延層制造LED。襯底對(duì)LED是必須的。現(xiàn)有的LED襯底僅起支撐外延層和將電流引導(dǎo)到有源層的作用。襯底為現(xiàn)有LED中的無源部件。然而，本發(fā)明充分利用襯底作為光發(fā)射部件。通過將雜質(zhì)摻雜到ZnSe藍(lán)光LED的ZnSe襯底內(nèi)制造白光LED。本發(fā)明增加了一個(gè)制造步驟，但沒有向ZnSe LED添加部件。
ZnSe有源層和ZnSe襯底的組合形成發(fā)出藍(lán)光和黃光的LED。本發(fā)明利用了雜質(zhì)摻雜的ZnSe襯底性質(zhì)產(chǎn)生SA發(fā)射，并使有源層產(chǎn)生藍(lán)光。
除了產(chǎn)生SA中心摻雜劑(I、Al、Cl、Br、Ga、In)還使ZnSe襯底n型導(dǎo)電。通過在n-ZnSe襯底上外延地生長(zhǎng)n緩沖層、n覆蓋層、有源層和p接觸層制造LED。n覆蓋層和p覆蓋層的折射率小于有源層，帶隙大于有源層。覆蓋層較低的折射率和較大的帶隙包圍了有源層內(nèi)的載流子和光子的作用。一組有源層、接觸層和覆蓋層在本發(fā)明中稱做“外延發(fā)射結(jié)構(gòu)”。
外延發(fā)射結(jié)構(gòu)包括以下有源層中的一個(gè)
(1)ZnSe(2)ZnCdSe(3)ZnSeTe外延發(fā)射結(jié)構(gòu)根據(jù)帶隙能量產(chǎn)生范圍從460nm到510nm的藍(lán)(LED)光。由于所有的藍(lán)(LED)有小于510nm的波長(zhǎng)，有源層的光能在ZnSe襯底內(nèi)的SA中心通過能帶尾現(xiàn)象引發(fā)SA發(fā)射。由ZnSe組成的有源層(1)發(fā)射波長(zhǎng)460nm到465nm的光。為ZnSe和CdSe混合物的有源層(2)發(fā)出波長(zhǎng)大于(1)的光。這里省略了混合比例x(Zn1-xCdxSe)。作為ZnSe和ZnTe混合物的有源層(3)也發(fā)出波長(zhǎng)大于(1)的光。不同的混合比例x使有源層(2)和(3)發(fā)出在460nm到510nm之間的各種波長(zhǎng)的光。
LED有一個(gè)n-ZnSe襯底和生長(zhǎng)在n-ZnSe襯底上n覆蓋層、有源層、p覆蓋層和p接觸層的一組外延膜。p電極形成在p接觸層上。n電極可以形成在ZnSe襯底的下表面上，是由于襯底具有n型電導(dǎo)率。p側(cè)和n側(cè)指定為光的出口。為p側(cè)出口時(shí)，p電極應(yīng)為小點(diǎn)電極、帶中心開口的環(huán)形電極或透明電極。為n側(cè)出口時(shí)，n電極應(yīng)為小點(diǎn)電極、環(huán)形電極和透明電極。在任何情況中，極板可以為覆蓋整個(gè)表面的寬電極，直接管芯焊接在管座上。
當(dāng)電流提供到LED電流用來流過pn結(jié)時(shí)，根據(jù)帶隙的能量有源層發(fā)出藍(lán)光。襯底的摻雜劑吸收部分藍(lán)光并引發(fā)黃或橘黃的SA發(fā)射。通過混合有源層發(fā)出的藍(lán)光和襯底發(fā)出的黃和橘黃光產(chǎn)生白光或中性色光。
“白光”包括寬范圍的各種色調(diào)，是由于白是一種集合的概念。如果藍(lán)色占主導(dǎo)，那么白傾向于“冷白”。另一方面，如果黃色占主導(dǎo)，那么白傾向于“暖白”。ZnSe襯底越厚，由LED部分發(fā)出的藍(lán)光被吸收的越多。當(dāng)黃光SA發(fā)射占主導(dǎo)時(shí)，白傾向于“暖白”。另一方面，通過減小了藍(lán)光的吸收和黃光的SA發(fā)射，較薄的ZnSe襯底發(fā)出更冷的白光。通過改變ZnSe襯底的厚度可以控制SA發(fā)射的強(qiáng)度。即，ZnSe襯底的厚度為確定SA發(fā)射與LED帶隙發(fā)射比例的重要參數(shù)。然而，襯底厚度的范圍由其它的條件限制。小于10μm的襯底厚度將增加以后步驟中襯底斷裂的可能性，并降低成品率導(dǎo)致制造成本增加。超過2mm的襯底厚度也會(huì)使LED體積過大，增加了黃光SA發(fā)射在白色中的比例。ZnSe襯底厚度的優(yōu)選范圍為10μm到2mm。
如上所述，通過選擇摻雜劑和摻雜劑(雜質(zhì))的濃度可以改變SA發(fā)射光譜的中間波長(zhǎng)。通過襯底的厚度可以調(diào)節(jié)黃光SA發(fā)射的比例。通過調(diào)節(jié)三個(gè)重要的參數(shù)，即摻雜劑的選擇、摻雜劑濃度和襯底厚度可以得到從暖白到冷白的各種色調(diào)。
本發(fā)明的概念顯示在圖3(a)和圖3(b)中。圖3(a)為本發(fā)明整個(gè)LED的一部分。圖3(b)為部分LED。Γ形管座12在塑料封裝11內(nèi)的頂部有一個(gè)ZnSe型LED15。另一個(gè)管座13從封裝11中懸垂出，與管座12平行。如圖3(b)所示，LED15有一個(gè)ZnSe襯底16和生長(zhǎng)在襯底16上的外延發(fā)射結(jié)構(gòu)17。ZnSe襯底摻雜有碘(I)、氯(Cl)、溴(Br)、鋁(Al)、銦(In)或鎵(Ga)作為SA中心。ZnSe襯底16的下表面為直接焊接到管座12的n電極作為陰極。外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)17包括n覆蓋層、有源層、p覆蓋層和p接觸層。環(huán)形或點(diǎn)n電極形成在p接觸層上。p電極通過金屬絲18連接到管座13作為陽極。
驅(qū)動(dòng)電流引發(fā)外延膜結(jié)構(gòu)17中的激活藍(lán)光(B)。部分藍(lán)光向上穿出LED成為藍(lán)光。其余的向下進(jìn)入襯底16并在I、Cl、Br、Al、In或Ga原子的SA中心出引發(fā)黃-橘黃發(fā)光(Y)。SA發(fā)射向上。向上穿出LED的光為藍(lán)光(B)和SA發(fā)射(Y)的總和。合成的光為白色或中性色。中性色為色品圖中紅和藍(lán)之間例如粉、紫或紅紫。
現(xiàn)在有一些白色LED的幾何布局的選擇。一個(gè)選擇是與通常的LED一樣襯底在下外延膜部分在上的常規(guī)布局設(shè)置。另一選擇是使襯底在上和外延膜部分在下的倒置布局。另一個(gè)設(shè)計(jì)方案涉及僅防止藍(lán)光在某個(gè)方向內(nèi)穿出的封裝和管座的結(jié)構(gòu)。
(1)通常方式(posture)型ZnSe白色LED和ZnSe中性色LED圖4(a)和圖4(b)示出了本發(fā)明白色LED或中性色LED的一個(gè)例子。圖4(a)為L(zhǎng)ED器件的垂直剖面。圖4(b)僅為L(zhǎng)ED芯片的垂直剖面。透明塑料模11包含管座12、管座13和LED芯片15。結(jié)構(gòu)類似于常規(guī)的LED。透明模塑封裝為L(zhǎng)ED最便宜和常見的封裝。當(dāng)然，金屬罐式封裝也可用于本發(fā)明的LED?？梢愿鶕?jù)目的自由地選擇管座和封裝的種類。Γ形管座12在上部分支14上沒有凹腔。上部分支14有一個(gè)平坦的平面。本發(fā)明的ZnSe LED15以底部為ZnSe襯底16和頂部為外延膜17的通常方式固定在平坦的平面14上。ZnSe襯底16摻雜有摻雜劑作為SA中心、膜發(fā)射結(jié)構(gòu)，即，外延膜17外延地上生長(zhǎng)在ZnSe襯底16上。
外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)17含有ZnSe或ZnCdSe和一個(gè)pn結(jié)。一般來說，外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)17為含有ZnSe作為主要部件的一組膜的疊層。環(huán)形或點(diǎn)形p電極形成在pn結(jié)的頂部區(qū)域上。p電極通過金屬絲18連接到管座13。襯底底部上的n電極直接連接到管座12。與圖1(a)的GaN-YAG LED不同，一根金屬絲已足以將LED連接到管座。管座12為陰極，管座13為陽極。電流流過pn結(jié)引發(fā)帶隙上的電子躍遷，并產(chǎn)生波長(zhǎng)在460nm和510nm之間的光(E)。部分本征發(fā)射向下進(jìn)入到ZnSe襯底16內(nèi)和通過襯底內(nèi)的摻雜劑引起SA發(fā)射(F)。部分SA發(fā)射(F)直接向上。其余的SA發(fā)射(F)由襯底的底部反射后向上穿出外延膜17。本征LED光(E)和SA發(fā)射(F)的混合光穿出LED。當(dāng)LED光和SA發(fā)射的比例在恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)時(shí)，混合光人眼看起來象白色或中性色。這種類型和常規(guī)的LED一樣采用了通常的方式，將襯底直接焊接在帶頂部外延層的管座的頂部14。然而，在這種類型中弱SA發(fā)射有一個(gè)缺點(diǎn)，是由于固有的帶隙躍遷發(fā)射(E)的比例大于50％，但SA發(fā)射的比例小于50％。
(2)相反姿勢(shì)(倒置)型ZnSe白色LED或中性色LED圖5(a)和圖5(b)示出了本發(fā)明相反方式型白色LED或中性色LED的一個(gè)例子。圖5(a)為L(zhǎng)ED器件的剖面。圖5(b)僅為L(zhǎng)ED芯片的垂直剖面。透明塑料模21包含管座22、管座23和LED芯片25。Γ形管座22在上部分支24上沒有凹腔。上部為平坦的平面。ZnSe LED25倒置地焊接在柱22的平坦上部24。LED25由具有作為SA中心的摻雜劑的ZnSe襯底26和外延地生長(zhǎng)在襯底26上的帶隙發(fā)射結(jié)構(gòu)27(ZnSe型薄膜)組成。外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)27包括ZnSe膜、ZnCdSe膜等。pn結(jié)形成在外延疊層膜內(nèi)。在膜部分上，已制造出寬p電極。窄環(huán)形或小點(diǎn)形n電極已制備在襯底26的底部上。LED 25倒置并焊接在p電極上管座22的頂部24上。上n電極通過金屬絲28連接到管座23。單個(gè)金屬絲足以連接芯片和管座。在反置方式中，管座23為陰極，Γ-管座22為陽極。
將電流由管座22提供到管座23通過帶隙上電子的躍遷引發(fā)外延膜結(jié)構(gòu)27產(chǎn)生波長(zhǎng)從460nm到510nm的固有(LED)藍(lán)光線(E)。所有的藍(lán)光線向上進(jìn)入到襯底26內(nèi)。一些光線還穿出襯底成為藍(lán)光。其余的藍(lán)光線被襯底中的SA中心吸收。SA中心產(chǎn)生黃SA光線。SA光線同樣向上穿出襯底26。LED光和SA發(fā)射一起從LED頂部向上發(fā)出。兩種不同種類的光混合在一起?；旌瞎馊搜劭雌饋硐蟀谆蛑泻凸狻Ｔ诘怪梅绞街?，SA發(fā)射的增加與襯底厚度成正比。在倒置方式中混合光中的SA發(fā)射的比例容易增加到50％以上。倒置方式有助于控制白或中性色的色調(diào)。然而，應(yīng)該注意陰極管座23和陽極Γ形管座22之間的獨(dú)特關(guān)系與通常的LED相反。
(3)密封的倒置型ZnSe白色LED和ZnSe中性色LED由圖5(a)和圖5(b)示出的倒置型例子還有另一個(gè)缺點(diǎn)。由外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)27發(fā)出的藍(lán)光線幾乎平行于表面穿出側(cè)面成為沒有與SA發(fā)射混合的固有的藍(lán)光。即，側(cè)面的光線絕對(duì)為藍(lán)光。管座(引線)的形狀現(xiàn)在還可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)以避免側(cè)面藍(lán)光發(fā)射。圖6(a)和圖6(b)示出密封的倒置型白色LED和中性色LED。圖6(a)為整個(gè)LED的一部分。圖6(b)僅為芯片和相鄰部分的一部分。透明塑料模31固定其內(nèi)的管座32、另一管座33和LED芯片35。結(jié)構(gòu)類似于通常的LED。Γ形管座(引線)32在深凹腔39內(nèi)有一個(gè)上部分34。ZnSe LED35倒置地固定在凹腔39的底部。凹腔39的深度大于LED35的高度。凹腔39的上部開口很窄，以致LED不能發(fā)射出基本平行于表面的光線。凹腔39阻止了側(cè)面光線。
LED35包括摻有起SA發(fā)射中心作用的摻雜劑原子的ZnSe襯底36，(ZnSe型膜)LED發(fā)射結(jié)構(gòu)37外延地生長(zhǎng)在襯底36上。LED發(fā)射結(jié)構(gòu)37包括ZnSe或ZnCdSe有源薄層和pn結(jié)。LED35倒置地固定在管座32的凹腔39的底部34上。膜發(fā)射結(jié)構(gòu)37有一個(gè)直接管芯焊接在管座(引線)32底部上的p電極。ZnSe襯底36的表面上有一個(gè)環(huán)形或小點(diǎn)的n電極。n電極通過金屬絲38連接到其它的管座33。這種類型僅需要一個(gè)引線鍵合工藝。由于LED芯片倒置方式安裝，所以管座33為陰極，管座32為陽極。環(huán)形反射板40安裝在凹腔39的頂部。
當(dāng)電流流過有源層和pn結(jié)時(shí)，外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)37通過帶隙躍遷發(fā)射460nm到510nm的藍(lán)光線(E)。所有的藍(lán)光線(E)向上傳播并進(jìn)入ZnSe襯底36。由摻雜劑原子形成的SA中心吸收部分藍(lán)光線(E)，并產(chǎn)生波長(zhǎng)范圍從550nm到650nm的SA發(fā)射(F)。SA光線(F)也和其余的藍(lán)光線(E)一起向上傳播。藍(lán)LED光線(E)和SA光線(F)混合?；旌仙雌饋硐蟀咨蛑行陨Ｍㄟ^藍(lán)光線(E)和黃或橘黃光線(F)合成白色或中性色。所有的由LED傾斜地穿出的光線都被掩蔽，并被凹腔39的壁反射。僅有幾乎垂直芯片表面的光線可以穿出凹腔39。所述密封倒置型LED有很強(qiáng)的方向性。
(4)倒置方式襯底密封型ZnSe白色LED和ZnSe中性色LED由圖6(a)和圖6(b)示出的密封型可以去除傾斜發(fā)射的光線。然而，這種類型有方向性太強(qiáng)的缺點(diǎn)。有時(shí)需要方向性不太強(qiáng)的LED。密封型的另一個(gè)缺點(diǎn)是管座的復(fù)雜性，提高了制造復(fù)雜管座的成本和將LED安裝在管座上的成本。圖7(a)和圖7(b)示出本發(fā)明白色LED和中性色LED的另一種類型。這種類型的目的在于降低方向性和抑制藍(lán)光的側(cè)泄露。所述類型的襯底自身內(nèi)有一個(gè)凹腔，以密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的外延膜結(jié)構(gòu)。
圖7(a)示出了襯底密封型LED的剖面圖。圖7(b)為L(zhǎng)ED芯片和管座的剖面。管座(引線)42和43以及LED芯片45掩埋在透明塑料模封裝41中。帶凹槽的LED芯片45倒置地安裝在Γ形管座42的頂部44上。LED45的中心部分有一個(gè)深凹腔49。ZnSe型外延發(fā)射結(jié)構(gòu)47形成在凹腔49的底部。外延發(fā)射結(jié)構(gòu)47由襯底46自身密封。由外延發(fā)射結(jié)構(gòu)47發(fā)出的所有光線必須穿過襯底46的一些部分以穿出LED器件。所有固有的藍(lán)光線有機(jī)會(huì)由ZnSe襯底46轉(zhuǎn)換為SA射線。
在襯底46的周邊部分有一個(gè)絕緣層50和額外的ZnSe層51。LED45焊接在管座(引線)表面44上額外的ZnSe層51上。由于絕緣層50沒有電流穿過額外的ZnSe層51流出。突起52位于管座表面44的中心。外延發(fā)射疊層上的p電極焊接在突起52上。p電極通過突起52電連接到管座(引線)42。ZnSe襯底46的下表面朝上。襯底46在上側(cè)有一個(gè)環(huán)形n電極或小點(diǎn)的n電極。上部n電極通過金屬絲48連接到另一個(gè)管座43。管座(引線)42為陽極。另一個(gè)管座43為陰極。
當(dāng)電流提供到LED45時(shí)，外延結(jié)構(gòu)47發(fā)射460nm和510nm之間較短波長(zhǎng)(藍(lán)或綠)的光線(E)。由于外延發(fā)射結(jié)構(gòu)47完全由襯底46包圍，所有的光線一次穿過襯底46。部分光線穿出成為藍(lán)或綠光線。其余的被襯底46吸收，并轉(zhuǎn)化為較長(zhǎng)波長(zhǎng)的SA光線(黃或橘黃)。藍(lán)-綠LED光線(E)和黃-橘黃SA光線(F)在垂直方向和側(cè)面方向一起穿出。這些光線的混合色人眼看起來象白色或中性色。這種類型的LED發(fā)出低方向性的光。低方向性使這種類型的LED比前種類型(3)有更廣泛的應(yīng)用。
顯然，本發(fā)明的白色LED和中性色LED與常規(guī)的LED不同。本發(fā)明的每種LED由襯底和外延膜結(jié)構(gòu)組成。不同之處在于用起熒光中心(或SA中心)作用的摻雜劑摻雜襯底。襯底自身產(chǎn)生熒光。本LED不用在LED上噴涂或密封附加的熒光材料(或熒光體)。省卻了附加的熒光材料減輕了材料成本、制造成本和管座成本。可以得到確定低成本制造的常規(guī)LED。本發(fā)明能使用通常的LED制造技術(shù)低成本地制造白色LED和中性色LED。
在任何情況中，襯底是制造LED必須的。當(dāng)襯底發(fā)射熒光時(shí)，到目前為止熒光被認(rèn)為是障礙應(yīng)該消除。然而，本發(fā)明充分利用了襯底產(chǎn)生的熒光。此外，本發(fā)明通過摻雜雜質(zhì)作為熒光發(fā)射源加速了熒光的產(chǎn)生。本發(fā)明通過將襯底的熒光添加到有源層的帶隙發(fā)射成功地產(chǎn)生白色和中性色。常規(guī)的LED不能產(chǎn)生本發(fā)明制出的白色和中性色。成功來源于積極地利用了障礙。
通過在摻雜有SA中心的ZnSe襯底上外延地生長(zhǎng)ZnSe晶體或與ZnSe有關(guān)的化合物，通過外延膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生藍(lán)或藍(lán)綠光，由SA中心將藍(lán)或藍(lán)綠光轉(zhuǎn)換為黃或橘黃光，以及混合藍(lán)或藍(lán)綠光和黃或橘黃光，本發(fā)明制出白色和中性色。除了LED芯片之外，本發(fā)明沒有作任何改進(jìn)產(chǎn)生了白色和中性色。本發(fā)明依靠的n型ZnSe比YAG熒光體的透明度高。較高的透明度減輕了吸收造成的光損失。此外，由藍(lán)光到黃或橘黃光的ZnSe襯底的轉(zhuǎn)換效率高于YAG熒光材料。吸收少和高轉(zhuǎn)換使本發(fā)明的LED比現(xiàn)有的GaInN/YAG白LED有更高的發(fā)光度。
由于ZnSe LED為器件的主要部件，本發(fā)明的LED有較長(zhǎng)的壽命。通過改變摻雜劑和摻雜劑濃度可以產(chǎn)生不同色調(diào)的白色。此外，僅通過改變ZnSe襯底的厚度白色可以由暖白改變?yōu)槔浒?。與GaInN/YAG白色LED不同，本發(fā)明不需要附加的熒光材料。本發(fā)明充分利用ZnSe襯底自身作為SA發(fā)射中心。一般來說，半導(dǎo)體器件需要一個(gè)襯底，使有源層生長(zhǎng)其上。本發(fā)明利用襯底作為黃或橘黃的光源。LED不包括額外的部分使本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并易于制造。
本發(fā)明首先成功地制造出中性色LED，能夠產(chǎn)生常規(guī)的LED不能產(chǎn)生的紅紫、粉或藍(lán)紫色。紅和紫之間的這些中性色對(duì)LED來說很新穎。本發(fā)明對(duì)于顯示、裝飾和照明有很廣泛的應(yīng)用。
下面參考一些附圖介紹本發(fā)明的例子。
圖1(a)為組合GaN型LED和YAG磷光體制造的現(xiàn)有技術(shù)的GaInN/YAG白色LED的剖面圖。
圖1(b)為圖1(a)的GaInN/YAG LED的芯片和熒光材料的放大剖面圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)GaInN/YAG LED的發(fā)射光譜。橫坐標(biāo)為光的波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為光的發(fā)射強(qiáng)度(任意單位)。
圖3(a)為通常方式(外延層在上)本發(fā)明的中性色LED的剖面圖。
圖3(b)為圖3(a)中性色LED的芯片和管座的放大剖面圖。
圖4(a)為通常方式(外延層在上)的本發(fā)明實(shí)施例1和2的白色LED的剖面圖。
圖4(b)為圖4(a)所示的LED的芯片和管座的放大剖面圖。
圖5(a)為相反方式(外延層在下)的本發(fā)明實(shí)施例3的白色LED的剖面圖。
圖5(b)為與圖5(a)LED相同的芯片和管座的放大剖面圖。
圖6(a)為L(zhǎng)ED芯片安裝在管座的凹腔底部上的本發(fā)明實(shí)施例4的白色LED的剖面圖。
圖6(b)為圖6(a)所示的LED的芯片和管座的放大剖面圖。
圖7(a)為帶凹腔的LED芯片安裝在突起朝上(外延層在上)的管座上的本發(fā)明實(shí)施例5的白色LED的剖面圖。
圖7(b)為圖7(a)所示的外延層在下型LED的芯片和管座的放大剖面圖。
圖8為具有多量子阱的ZnSe/ZnCdSe有源層的實(shí)施例1的外延的ZnSe晶片的膜疊層。
圖9為具有ZnSe/ZnCdSe MQW有源層的實(shí)施例1的發(fā)射光譜。
圖10為具有ZnCdSe單個(gè)量子阱有源層或摻雜Te的ZnSe有源層的實(shí)施例2的外延的ZnSe晶片的膜疊層。
圖11為具有ZnCdSe MQW有源層或摻雜Te的ZnSe有源層的實(shí)施例2的發(fā)射光譜。
圖12為包括不同襯底厚度的三個(gè)樣品(C、D和G)的實(shí)施例3的色品圖。
圖13為生長(zhǎng)ZnSe單晶的化學(xué)汽相輸運(yùn)裝置的一部分。
圖14為退火化學(xué)汽相輸運(yùn)裝置制備的ZnSe單晶的退火裝置的一部分。
圖15為在ZnSe襯底上生長(zhǎng)外延膜結(jié)構(gòu)的分子束外延裝置的剖面圖。
圖16為具有ZnSe單量子阱有源層的實(shí)施例6的外延生長(zhǎng)膜疊層。
圖17為包括不同襯底厚度的三個(gè)樣品J(30μm)、K(100μm)和L(250μm)的實(shí)施例6的色品圖。
圖18(a)為覆蓋有晶格形掩模的ZnSe晶片的一部分。
圖18(b)為通過晶格形掩模腐蝕ZnSe晶片得到的具有凹腔的ZnSe晶片的一部分。
圖18(c)為凹腔的底部和掩模線上外延生長(zhǎng)膜的ZnSe晶片的一部分。
圖18(d)為覆蓋有晶格形掩模的ZnSe晶片的水平圖。
圖19為具有ZnSe有源層的實(shí)施例7的中性色LED的外延生長(zhǎng)膜疊層。
圖20為包括不同襯底厚度的三個(gè)樣品α(50μm)、β(250μm)和γ(500μm)的實(shí)施例7中性色LED的發(fā)射光譜。
圖21為包括樣品α(50μm)、β(250μm)和γ(500μm)、襯底發(fā)射(□)和有源層發(fā)射(△)的實(shí)施例7的中性色LED的色品圖。
圖22為具有ZnSe有源層和摻雜Al的ZnSe襯底的實(shí)施例8的中性色LED的外延生長(zhǎng)膜疊層。
圖23為包括不同襯底厚度的兩個(gè)樣品δ(250μm)和ε(1000μm)的實(shí)施例8的中性色LED的發(fā)射光譜。
圖24為包括樣品δ(250μm)和ε(1000μm)、襯底發(fā)射(□)和有源層發(fā)射(△)的實(shí)施例8的中性色LED的色品圖。
圖25為具有ZnSe/ZnCdSe MQW有源層和摻雜I、Al的ZnSe襯底的實(shí)施例9的中性色LED的外延生長(zhǎng)膜疊層。
圖26為包括不同襯底厚度的兩個(gè)樣品ξ(50μm)和η(150μm)的實(shí)施例9的中性色LED的發(fā)射光譜。
圖27為包括樣品ξ(50μm)和η(150μm)、襯底發(fā)射(□)和有源層發(fā)射(△)的實(shí)施例9的中性色LED的色品圖。
圖28為包括襯底發(fā)射(□)和有源層發(fā)射(△)的實(shí)施例7、8和9的中性色LED的色品圖。
圖29為示出了中性色LED的實(shí)施例7、8和9的襯底材料、襯底發(fā)射波長(zhǎng)、有源層材料、有源層發(fā)射的波長(zhǎng)、襯底厚度、實(shí)施例符號(hào)以及色品坐標(biāo)的表。
圖30為表示為本發(fā)明LED的目的的中性色②、③、④、⑤和⑥區(qū)域的色品圖。
圖31為用色品坐標(biāo)(x，y)表示紅、綠和藍(lán)以及如藍(lán)綠、黃綠、紅黃、紅紫、藍(lán)紫等的中性色的通常色品圖。由熔體生長(zhǎng)晶體的Czochralski法或Bridgman法不能生長(zhǎng)ZnSe單晶。Se在高溫下有很大的離解壓力使得ZnSe熔體不能僅通過加熱得到。超高壓和高溫能夠融化ZnSe。但不實(shí)用。ZnSe晶體要求不用ZnSe熔體的特殊生長(zhǎng)技術(shù)。化學(xué)汽相輸運(yùn)(CVT)法和晶粒生長(zhǎng)法可以制造ZnSe單晶。CVT法通過碘(I)的作用輸運(yùn)Zn和Se制造ZnSe晶體。由此CVT法有時(shí)稱做“碘輸送法”。該例通過CVT法制造ZnSe(100)襯底。由于CVT法不是常見的方法，首先為方便起見介紹CVT法。圖13顯示了碘輸運(yùn)(CVT)法。多晶ZnSe 87位于生長(zhǎng)室86的底部。(100)ZnSe籽晶88固定在生長(zhǎng)室86的頂棚。室86填充有碘(I)蒸汽。將底部多晶ZnSe 87加熱到溫度T1。將頂棚籽晶ZnSe88加熱到溫度T2。T2低于T1(T2＜T1)。在底部，較高的溫度T1引起反應(yīng)。由于ZnI2和Se2為蒸汽，ZnI2蒸汽和Se2蒸汽在室內(nèi)升到頂棚。在頂棚，通過籽晶ZnSe88冷卻ZnI2和Se2，并通過的逆反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閆nSe。所得的ZnSe以相同的方向堆積在籽晶ZnSe88上。由此，ZnSe單晶生長(zhǎng)在籽晶上。I2蒸汽返回到底部與ZnSe再次反應(yīng)形成ZnI2。在循環(huán)中，碘將Zn從底部的多晶帶到頂棚的單晶。由此，該方法稱做“碘輸送法”。此外，該方法通常稱做“化學(xué)輸送法”，是由于該方法利用了底部和頂部的化學(xué)反應(yīng)。生長(zhǎng)溫度T2約850℃，遠(yuǎn)低于超高壓下ZnSe的熔點(diǎn)。
ZnSe單晶89仍有許多Se空位和其它的缺陷。在圖14的裝置90中退火ZnSe單晶89。通過在鋅(Zn)蒸汽氣氛中將ZnSe單晶89加熱到約1000℃并保持ZnSe約50小時(shí)進(jìn)行退火。然后，以60℃/min的速率冷卻ZnSe。可以得到改善的ZnSe單晶。
退火的ZnSe有意沒有摻雜摻雜劑。但將鋅從底部ZnSe帶到頂部ZnSe的碘I2自然地在生長(zhǎng)工藝中被ZnSe吸收。退火將I2激活為ZnSe中的n型摻雜劑。n型ZnSe中的載流子(電子)濃度約為5×1017cm-3到1×1018cm-3。ZnSe襯底約400μm厚。
然后通過MBE(分子束外延)法在ZnSe襯底上生長(zhǎng)外延的發(fā)射結(jié)構(gòu)。圖15示出了在本實(shí)施例中使用的MBE裝置。MBE室92為可以抽真空到超高真空度的真空室。液氮籠罩93安裝在MBE室92內(nèi)，吸收冷卻的籠罩壁上的氣體分子以提高真空度。至少兩種真空泵提供到室92，將室92抽到約10-8Pa的超高真空。MBE室92有一個(gè)樣品支架94，支撐ZnSe襯底晶片95。樣品支架94有一個(gè)加熱器(未示出)，用于將樣品晶片保持在適當(dāng)?shù)臏囟取Э椎亩鄠€(gè)分子束單元(MB單元或K單元)96、97和98設(shè)置在室92的底部。單元的頂部開口對(duì)著襯底晶片95。圖15僅示出了氯化鋅(ZnCl2)MB單元96、硒(Se)MB單元97和鋅(Zn)MB單元98。
此外，MBE室92有一個(gè)Cd MB單元、Mg MB單元、S MB單元(ZnS)和Te MB單元，用于制造覆蓋層和有源層的化合物晶體。ZnCl2單元96用來將氯(Cl)摻雜到膜內(nèi)。Cl為外延膜的n型摻雜劑。Zn單元98和Se單元97是制造ZnSe膜和覆蓋層及有源層的其它ZnSe型膜部分必不可少的。MB單元有一個(gè)PBN(熱解氮化硼)坩堝、包圍坩堝的加熱器、保持坩堝和加熱器的懸掛裝置、熱偶、保持各部件的擋板和法藍(lán)盤。加熱器將固體材料加熱成PBN坩堝中的熔體。部分熔體蒸發(fā)為分子束。分子束飛向ZnSe晶片95。一些材料直接由固體到蒸汽升華為分子束。提供氮?dú)庑枰狽2的游離基單元99。由于氮?dú)獠皇枪腆w，而本身為氣體，因此不能使用通常的MB單元。氮?dú)鉃橛傻獨(dú)夥肿覰2組成的不活躍氣體。如果氮?dú)夥肿犹峁┑郊訜岬囊r底，那么不會(huì)發(fā)生反應(yīng)。氮?dú)庥坞x基單元99將氮?dú)夥肿愚D(zhuǎn)換為包括氮原子或通過放電處于受激狀態(tài)的氮?dú)夥肿佑坞x基的氮等離子體。需要氮作為外延膜的p型摻雜劑。通過從MB單元將分子束發(fā)射到晶片，ZnSe或ZnSe型膜順序地外延地生長(zhǎng)在ZnSe晶片95上。ZnSe晶片95上外延膜的生長(zhǎng)溫度約275℃到325℃。提供的第六族元素(Se，S)與提供的第二族元素的比例為1比5。生長(zhǎng)速率約0.4μm/H到0.7μm/H。
圖8表示外延的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)60的疊層。n型ZnSe緩沖層63、n型ZnMgSSe覆蓋層64、ZnSe/ZnCdSe多量子阱有源層65、p型ZnMgSSe覆蓋層66和p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層67順序地生長(zhǎng)在n型ZnSe襯底62上。下面的(1)到(6)為進(jìn)一步從下到上的外延層和襯底的詳細(xì)部分。
(1)n型ZnSe襯底62(摻I；400μm厚)(2)n型ZnSe緩沖層63(摻氯)(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層64(摻氯)(4)多量子阱有源層65＝10nm厚的ZnSe膜和5nm厚的Zn0.88Cd0.12Se膜為一個(gè)單元的五個(gè)疊層(5)p型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層66(摻氮)(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層67當(dāng)ZnSe膜作為有源層時(shí)，由電子帶隙躍遷產(chǎn)生460nm的光發(fā)射。460nm按λ＝hc/Eg的關(guān)系準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)于ZnSe的帶隙，其中波長(zhǎng)λ為460nm，h為普朗克常數(shù)，c為光速，Eg為帶隙能量。ZnCdSe為CdSe和ZnSe的化合物。ZnCdSe的帶隙小于ZnSe的帶隙。該減小的量近似與CdSe所占的比例成正比。如果有源層由化合物ZnCdSe制成，電子帶隙躍遷能產(chǎn)生大于460nm波長(zhǎng)的光。ZnSe和ZnCdSe有不同的晶格常數(shù)。如果單個(gè)ZnCdSe層用做有源層，那么晶格常數(shù)的差異將引起晶格不匹配。要抑制晶格弛豫的發(fā)生，選擇超晶格結(jié)構(gòu)作為有源層。有源層ZnCdSe包括0.12的Cd和0.88的Zn作為第二組元素。ZnCdSe有源層有一個(gè)對(duì)應(yīng)于490nm波長(zhǎng)的帶隙比460nm的ZnSe帶隙小?？梢赃x擇另一個(gè)比例的Cd作為有源層，除非有源層引發(fā)晶格弛豫。
p覆蓋層66摻有氮(N)。n覆蓋層64摻有氯(Cl)。ZnMgSSe覆蓋層64和66的帶隙比有源層65的寬。ZnMgSSe的較寬帶隙排除了由覆蓋層64和66到有源層65的載流子。由類似于ZnSe的晶格常數(shù)的條件和比有源層更寬的帶隙確定覆蓋層的組成。在所有的外延膜中，氮(N)用做p型摻雜劑，氯(Cl)用做n型摻雜劑。
Pd/Au(鈀/金)的p電極形成在外延晶片的p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層67上。銦(In)的n電極形成在ZnSe襯底62的下表面上。Ti/Au(鈦/金)可以代替In用做ZnSe襯底62的n電極。光刻可以在晶片上制出電極圖形。具有電極圖形的晶片切成許多300μm×300μm的方形芯片。芯片安裝在引線12的管座14上，n電極在下p電極在上，如圖4(a)所示。ZnSe襯底62接觸管座14。上部p電極通過金屬絲18連接到另一個(gè)引線13。芯片、管座和引線由透明的塑料11模塑成半球形。制備成LED。
這些LED在恒定的電流模式中驅(qū)動(dòng)。該LED發(fā)射高亮度的白光。對(duì)于20mA的驅(qū)動(dòng)電流，白光強(qiáng)度為1.5Cd。圖9為該LED的發(fā)射光譜。在490nm處的尖峰表示來自外延發(fā)射結(jié)構(gòu)的LED(帶隙)發(fā)射。在610nm處的另一個(gè)寬尖峰源自ZnSe襯底的SA發(fā)射。由490nm的LED發(fā)射和610nm的SA發(fā)射合成白光。合成光為黃白色。前一實(shí)施例從CVT(化學(xué)汽相輸送＝碘輸送)制成的ZnSe單晶開始。生長(zhǎng)ZnSe單晶有稱作晶粒生長(zhǎng)法的另一生長(zhǎng)法。晶粒生長(zhǎng)法既沒利用化學(xué)反應(yīng)也沒利用輸送。晶粒生長(zhǎng)法通過加熱部分多晶使多晶中的晶粒壁易于移動(dòng)，并引起單晶尺寸增大將多晶的ZnSe轉(zhuǎn)化為單晶ZnSe。小晶粒移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)為與大多數(shù)晶粒相同的方向、并與大多數(shù)晶粒合并在一起。最后，所有的晶粒通過退火都統(tǒng)一為單晶。不用碘(I)作為Zn的載體，晶粒生長(zhǎng)法可以制造出較純的ZnSe單晶。ZnSe晶體被切為薄ZnSe晶片。鋁使ZnSe晶體n型導(dǎo)電。載流子濃度約為5×1017cm-3到1×1018cm-3。
顯示在圖10中的膜疊層通過圖15中的MBE裝置生長(zhǎng)在Al摻雜的n-ZnSe襯底上。n型ZnSe(硒化鋅)緩沖層73、n型ZnMgSSe覆蓋層74、ZnCdSe單量子阱有源層75、p型BeZnMgSe覆蓋層76和p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層77外延地生長(zhǎng)在n型ZnSe單晶襯底72上，與圖15中顯示的ZnSe襯底晶體95相對(duì)應(yīng)。有源層75的一個(gè)選擇是摻Te的ZnSe有源層。外延膜疊層從下到上的詳細(xì)組成如下(1)n型ZnSe襯底72(摻Al晶粒生長(zhǎng)法；300μm厚)(2)n型ZnSe緩沖層73(摻Cl)(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層74(摻Cl)(4)Zn0.92Cd0.08Se單量子阱有源層75或摻Te的ZnSe有源層(5)p型Be0.20Zn0.60Mg0.20Se覆蓋層76(摻N)(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層77(摻N)有源層75為包括0.08的Cd的ZnCdSe層或摻Te(碲)的ZnSe層。在任何情況中，有源層有477nm的帶隙。有源層通過帶隙躍遷產(chǎn)生477nm的光。在膜疊層中，和實(shí)施例1一樣，p型摻雜劑為氮(N)，n型摻雜劑為氯(Cl)。ZnSe襯底72厚度為300μm。Pd/Au(鈀/金)的p電極形成在p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層77上。n電極形成在ZnSe襯底72的下表面上。晶片被切為多個(gè)LED芯片。通過將芯片安裝在管座上、將上電極連接到另一管座(引線)、并用透明塑料模塑芯片和管座制成LED。
電流施加到LED。在20mA的驅(qū)動(dòng)電流下LED發(fā)射1.5Cd的光。發(fā)光度等于實(shí)施例1。圖11為實(shí)施例2 LED的發(fā)射光譜。對(duì)應(yīng)于ZnCdSe或摻Te的ZnSe有源層75的帶隙躍遷發(fā)射在477nm處有一個(gè)強(qiáng)峰值。有一個(gè)是來自摻鋁的ZnSe襯底72的SA發(fā)射的590nm的寬峰值。光譜為477nm和590nm峰值的疊加。光為青白色。摻鋁的ZnSe單晶由晶粒生長(zhǎng)法制造。ZnSe晶體被切成300μm厚的晶片和700μm厚的晶片。退火晶片。載流子(電子)密度升高到約5×1017cm-3到1×1018cm-3。類似于實(shí)施例1的圖8的外延膜結(jié)構(gòu)通過圖15的MBE裝置形成在摻鋁的ZnSe晶片上。實(shí)施例3的外延膜疊層為(1)n型ZnSe襯底62(摻Al；300μm厚和700μm厚)(2)n型ZnSe緩沖層63(摻Cl)(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層64(摻Cl)(4)多量子阱有源層65＝10nm厚的ZnSe膜和5nm厚的Zn0.88Cd0.12Se膜為一個(gè)單元的五個(gè)疊層(5)p型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層66(摻N)(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層67通過拋光下表面將一些300μm厚的外延晶片減薄為100μm厚的晶片。制備100μm、300μm和700μm厚的三種外延晶片。p電極和n電極形成在晶片上。和實(shí)施例1和2一樣，晶片切成許多300μm×300μm的方形芯片。芯片25倒置地安裝在引線22的管座24上，如圖5(a)所示。下部p電極直接接觸管座24。上部n電極通過金屬絲28連接到引線23。實(shí)施例1和2通常方式的LED造成根據(jù)角度光線色調(diào)的不均勻性。然而，實(shí)施例3的外延層倒置(反向或朝下)方式使LED均勻地發(fā)射。如圖5(b)所示，從外延發(fā)射結(jié)構(gòu)27發(fā)出的所有光穿過襯底26。對(duì)于所有的方向吸收是均勻的。對(duì)于20mA，外延層倒置的LED的發(fā)光度為1.5Cd到2Cd。白光由三種LED制造。但白光的色調(diào)是不同的。
100μm厚的LED發(fā)青冷白光。300μm厚的LED發(fā)純白的光。700μm厚的LED產(chǎn)生黃色暖白光。白色包括從青冷白到黃暖白的各種色調(diào)。用詞不能分辨出白度的色調(diào)之間細(xì)微的不同。然后，可以方便地使用色品圖分辨白度的色調(diào)。圖12為實(shí)施例3的色品圖。當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)P和Q指定為圖中的兩個(gè)顏色時(shí)，通過混合顏色P和顏色Q產(chǎn)生的任何顏色可以由線PQ上的點(diǎn)表示。色品圖使我們可以預(yù)言混合兩種顏色產(chǎn)生的顏色。
在圖12中，馬蹄形單色軌跡上的490nm的點(diǎn)A表示來自外延(ZnSe/ZnCdSe)膜結(jié)構(gòu)的本征發(fā)射。點(diǎn)B為摻鋁的ZnSe襯底的630nm的SA發(fā)射。任何混合色都在線AB上。線AB穿過由虛線包圍的白色區(qū)域。一些混合色為白色。點(diǎn)C(青白)代表來自100μm厚的LED的發(fā)射。點(diǎn)D(純白)表示300μm厚的LED的發(fā)射。點(diǎn)G(黃白)顯示了700μm厚的LED的發(fā)射。由這三個(gè)LED發(fā)出的光為白色。但白光有從青冷白到黃暖白的不同色調(diào)，與襯底的厚度成正比。顏色有時(shí)由色溫度(K)表示，色溫度為具有與顏色相同的色品坐標(biāo)的普朗克輻射器的溫度。普朗克輻射器是指黑體輻射器。100μmLED的點(diǎn)C為8000K色溫度的冷白。300μm LED的點(diǎn)B為5000K色溫度的純白。700μm LED的點(diǎn)G為3000K色溫度的暖白。
襯底厚度的增加通過增大SA中心的數(shù)量增加了黃的比例并降低了色溫度。實(shí)施例3確認(rèn)了白色的色調(diào)通過SA中心數(shù)量的改變?nèi)Q于ZnSe襯底的厚度。代替改變襯底厚度，ZnSe襯底中的摻雜劑濃度也可以改變白色的色調(diào)。實(shí)施例3將LED倒置在管座上。只要人向下看LED，LED的光看起來為均勻的白色。然而，在側(cè)方向中有一個(gè)窄范圍的角度LED僅顯示藍(lán)色。要消除藍(lán)色側(cè)露，實(shí)施例4將LED芯片安裝在凹腔內(nèi)。在圖6(a)中，管座34有一個(gè)深凹腔39。LED 35倒置安裝在凹腔39的底部上。在側(cè)方向中發(fā)射的所有光線都被凹腔39的壁屏蔽和反射。反射環(huán)40限制了凹腔的開口。凹腔39僅允許向上的光線穿出LED 35。向上的光線都會(huì)穿過ZnSe襯底36。藍(lán)光線總是與黃SA光線混合合成白色。實(shí)施例4提出了具有均勻的色調(diào)和高方向性的優(yōu)良白色LED。管座34的表面是鏡面拋光表面。反射環(huán)40由鋁板制成。反射環(huán)40和凹腔39通過將藍(lán)光導(dǎo)向襯底36產(chǎn)生SA發(fā)射來增強(qiáng)發(fā)射強(qiáng)度。由于反射環(huán)40和凹腔39，發(fā)光度升高到約1.8Cd到2.5Cd。方向性也被凹腔提高，比實(shí)施例3的高。實(shí)施例4將LED倒置在管座中凹腔的底部。由于凹腔的功能，所有的光線都會(huì)聚到垂直的方向，實(shí)施例4得到了高發(fā)光度和強(qiáng)方向性。在管座中制造這種深凹腔很困難。困難的步驟增加了管座的成本。在芯片上比在管座上更容易形成各向異性。與管座不同，晶片工藝可以一次對(duì)多個(gè)晶片進(jìn)行任意的各向異性。
實(shí)施例5的目的在于用于會(huì)聚光線和湮沒藍(lán)光側(cè)泄露的更便宜的各向異性。圖7(a)和圖7(b)示出了在芯片中而不是柱中形成凹腔結(jié)構(gòu)的實(shí)施例5。圖18(a)、18(b)、18(c)和18(d)代表制造LED芯片的步驟。晶格形SiN掩模圖形80形成在ZnSe晶片78上，如圖18(d)所示。雖然圖18(d)僅示出了12個(gè)芯片，實(shí)際的晶片包括成百上千的芯片?？辗綁K79是晶片78的暴露部分。陰影部分為SiN掩模80。圖18(a)為部分掩蔽的晶片。掩模線是芯片的邊界。通過掩模80腐蝕晶片78，如圖18(b)所示。露出的方塊79挖進(jìn)凹腔83內(nèi)約3μm深度。留存下來的掩蔽部分81為反臺(tái)面形。凹腔83的底部82為平坦的。
圖8的外延膜84通過圖15的MBE裝置生長(zhǎng)在具有凹腔83和掩蔽的反臺(tái)面81的ZnSe晶片78上。外延膜疊層84與實(shí)施例1相同。外延膜疊層84淀積在凹腔83的底部82上，如圖18(c)所示。類似的膜疊層85同樣非外延地形成在掩模80上。膜疊層85不是必須的部分。電極形成在內(nèi)部外延膜疊層84和晶片78的底部上。沿掩模線將晶片78切為多個(gè)300μm×300μm的芯片。芯片在中心有頂部凹腔83和外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)。小突起52形成在引線42的管座44上。
芯片45倒置在管座44上，外延膜結(jié)構(gòu)47接觸管座44的突起52，如圖7(a)和圖7(b)所示。n電極通過金屬絲48連接到另一個(gè)引線43。芯片45、管座44、和引線42和43由透明塑料模封裝41包圍并密封。當(dāng)提供電流時(shí)，外延膜結(jié)構(gòu)47發(fā)出藍(lán)或藍(lán)綠光線(E)。ZnSe襯底46中的SA中心吸收藍(lán)或藍(lán)綠光線(E)并將(E)轉(zhuǎn)換為黃光線(F)。藍(lán)光線(E)和黃光線(F)的混合光線從LED45發(fā)出成為白光。外延膜發(fā)射結(jié)構(gòu)47完全由ZnSe襯底46封閉。沒有藍(lán)光泄露。LED45在所有的方向內(nèi)發(fā)出均勻的白光。抑制了方向性。雖然在實(shí)施例5中稍微處理了管座44，但該設(shè)計(jì)方案沒有提高管座的成本。實(shí)施例5的發(fā)光度對(duì)方向有弱依賴性。由于寬開口角度，實(shí)施例5適合于顯示器。由碘輸送法(化學(xué)輸送法CVT)生長(zhǎng)單晶ZnSe。ZnSe晶體包括用碘原子(I原子)作為n型摻雜劑代替Se原子。ZnSe單晶被切成厚度為300μm的薄晶片。晶片為載流子(電子)濃度約為5×1017cm-3到1×1018cm-3的n型ZnSe。具體的疊層顯示在圖16中。
(1)n型ZnSe襯底102(摻ICVT法；300μm)(2)n型ZnSe緩沖層103(摻Cl)(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層104(摻Cl)(4)Zn0.90Cd0.10Se單量子阱有源層105(5)p型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層106(摻N)(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層107(摻N)有源層為包括0.10的Cd產(chǎn)生480nm藍(lán)光的單量子阱ZnCdSe。拋光每個(gè)300μm厚的晶片的后表面將晶片厚度減薄為30μm、100μm和250μm。三種晶片被劃為芯片。通過將芯片安裝在管座上、引線鍵合頂部的電極和模塑芯片與管座制造出LED。制備出和實(shí)施例1類似的LED，如圖3(a)所示。當(dāng)以恒定電流模式驅(qū)動(dòng)時(shí)，LED發(fā)白光。對(duì)于20mA，發(fā)光度為1.5Cd到2.0Cd。白光的色調(diào)與三種LED不同。
30μm厚的LED產(chǎn)生青冷白。250μm厚的LED發(fā)純白。圖17為實(shí)施例6的三種LED的色品圖。在圖17中，點(diǎn)H表示由外延膜結(jié)構(gòu)發(fā)出的480nm的藍(lán)光。點(diǎn)I表示由藍(lán)光引發(fā)的CVT-ZnSe襯底內(nèi)的580nm的SA發(fā)射。
由所有的LED產(chǎn)生的顏色在連接點(diǎn)H和點(diǎn)I的線HI上對(duì)準(zhǔn)。點(diǎn)J表示30μm厚的LED發(fā)出的光。點(diǎn)K為100μm厚的LED的顏色。點(diǎn)L為250μm厚的LED的顏色。所有的點(diǎn)J、K和L存在于虛線包圍的白區(qū)域內(nèi)。三種顏色都為白色。但色調(diào)根據(jù)厚度不同。ZnSe襯底越薄，白色越冷。對(duì)于30μm厚的LED(點(diǎn)J)色溫度約20000K，對(duì)于100μm厚的LED(點(diǎn)K)約9000K，對(duì)于250μm厚的LED(點(diǎn)L)約6000K。實(shí)施例6闡明了通過改變ZnSe襯底的厚度對(duì)白色調(diào)的可控性。以上為白色LED的所有實(shí)施例。下面為中性色LED的實(shí)施例。實(shí)施例7使用了摻碘n型ZnSe晶片作為導(dǎo)電襯底。具有多于1×1018cm-3激活載流子的ZnSe襯底顯示出能帶尾現(xiàn)象。
制備的襯底為50μm厚的ZnSe單晶晶片(α)、250μm厚的ZnSe單晶晶片(β)和500μm厚的ZnSe單晶晶片(γ)。SA發(fā)射的強(qiáng)度必須取決于ZnSe襯底的厚度。然后制備具有不同厚度的三種晶片。外延發(fā)射(LED)結(jié)構(gòu)制備在ZnSe晶片上。
圖15的MBE裝置同質(zhì)外延制作圖19所示的外延發(fā)射結(jié)構(gòu)。中性色ZnSe LED15有一個(gè)n型ZnSe單晶襯底16、n型ZnSe緩沖層201、n型ZnMgSSe覆蓋層202、ZnSe有源層203、p型BeZnMgSe覆蓋層204和p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層205。包括混合比例的層的具體組成如下(1)摻I的ZnSe襯底16(CVT法；50μm，250μm，500μm)(2)n型ZnSe緩沖層201(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層202(4)ZnSe有源層203(5)p型Be0.20Mg0.20Zn0.60Se覆蓋層204(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層205選擇ZnSe作為有源層產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于ZnSe帶隙的465nm的藍(lán)光。
有源層203為非摻雜的ZnSe。p覆蓋層和n覆蓋層在非摻雜的有源層處制成pn結(jié)。
芯片的尺寸設(shè)計(jì)為250μm×250μm。由Pd/Au(鈀/金)制成的點(diǎn)形p型小電極以與芯片周期(period)相同的250μm×250μm的兩維周期形成在p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層205上。選擇Pd/Au作為p電極的材料，是由于Pd/Au可以制成與p-ZnTe/ZnSe超晶格的歐姆接觸?！包c(diǎn)形”電極是指制備在每個(gè)芯片上的小圓形電極焊盤。由于多個(gè)點(diǎn)形p電極橫向和縱向地設(shè)置在ZnSe晶片上，p電極看起來象均勻的點(diǎn)形電極。由于LED由p電極表面發(fā)光，因此需要不透明的Pd/Au電極很小以便不遮蔽光線。只要p電極很小，芯片的中心和周邊就允許設(shè)置電極。也可以使用環(huán)形p電極。
然后，厚度小于20nm的Au電極膜淀積在整個(gè)晶片上。Au膜覆蓋Pd/Au的p電極和露出的ZnSe/ZnTe層205。進(jìn)一步將Au膜淀積在接觸層205上的原因是擴(kuò)散LED芯片中的電流。p電極基本上在整個(gè)接觸層205上延伸。只要Au膜薄于20nm，光就可以穿過Au膜。Au膜自身與p-ZnSe/ZnTe接觸層205歐姆接觸。連接p電極與引線的金屬絲應(yīng)該鍵合在Pd/Au電極上。
In電極形成在外延的ZnSe晶片15的下表面上作為n電極。銦(In)與n型ZnSe歐姆接觸。以上步驟為在晶片上進(jìn)行的晶片工藝。
制備了電極之后，ZnSe外延的晶片被切成多個(gè)250μm×250μm的方形芯片。芯片以通常的方式固定在管座上，外延結(jié)構(gòu)朝上，ZnSe襯底朝下，如圖3(a)所示。n電極直接連接到管座12。點(diǎn)形p電極通過引線鍵合連接到管座13。通過透明塑料11(例如，環(huán)氧樹脂)模塑芯片15和管座12和13制備LED。
為測(cè)量輸出光的強(qiáng)度，以恒定的電流模式驅(qū)動(dòng)LED。LED以高發(fā)光度發(fā)出為紅和藍(lán)之間中性色的紫光、紫粉光和粉光。對(duì)于20mA，一般的發(fā)光強(qiáng)度為1.5mW。中性色的色調(diào)根據(jù)摻I的ZnSe襯底的厚度而改變。
(α)50μm厚的ZnSe襯底紫(β)250μm厚的ZnSe襯底 紫粉(γ)500μm厚的ZnSe襯底 粉圖20為實(shí)施例7的LED的發(fā)射光譜。橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)?？v坐標(biāo)為發(fā)射強(qiáng)度(任意單位)。465nm的尖峰源自ZnSe有源層的帶隙躍遷發(fā)射。ZnSe有源層的峰值高度為常數(shù)，與襯底的厚度無關(guān)。除了465nm的尖峰，在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)有三個(gè)尖峰。較長(zhǎng)的波長(zhǎng)分量由ZnSe襯底中的SA發(fā)射造成。所有的三個(gè)尖峰都是范圍從550nm到670nm的寬尖峰。585nm為峰值的中心。50μm厚襯底的樣品(α)產(chǎn)生最弱的SA發(fā)射尖峰。這是由最薄的襯底和最少的SA中心造成的。250μm厚襯底的樣品(β)產(chǎn)生比α高的SA發(fā)射。樣品(γ)由于最厚的襯底和最多的SA中心發(fā)射最強(qiáng)的SA發(fā)射。以585nm為中心的峰值與襯底厚度的增加成正比。光譜的改變確認(rèn)了ZnSe襯底實(shí)際發(fā)射SA光線的事實(shí)。
圖21示出了樣品α、β和γ作為坐標(biāo)點(diǎn)的發(fā)射光譜的色品圖。
(α)50μm厚的ZnSe襯底…色品(x，y)＝(0.24，0.15) 紫(β)250μm厚的ZnSe襯底…色品(x，y)＝(0.36，0.27) 紫粉(γ)500μm厚的ZnSe襯底…色品(x，y)＝(0.40，0.31) 粉圖21也表示來自外延發(fā)射層的藍(lán)光的色品坐標(biāo)(△)和來自ZnSe襯底的SA發(fā)射的色品坐標(biāo)(□)。三個(gè)樣品α、β和γ的色品坐標(biāo)在連接兩個(gè)點(diǎn)的線上對(duì)準(zhǔn)。即，樣品α、β和γ的顏色僅通過合成兩個(gè)顏色(△和□)得到。三個(gè)樣品有不同的顏色，是由于襯底的厚度不同。具有最薄襯底的樣品α發(fā)出最接近465nm帶隙發(fā)射的紫光。具有最厚襯底的樣品γ產(chǎn)生最接近SA發(fā)射的粉光。具有中間厚度襯底的樣品β發(fā)出紫粉光。選擇摻鋁的n型ZnSe襯底作為導(dǎo)電的ZnSe襯底。具有約1×1017cm-3激活載流子密度的摻鋁ZnSe襯底吸收了比460nm的ZnSe帶隙波長(zhǎng)長(zhǎng)但比480nm波長(zhǎng)短的光，可以發(fā)射在610nm有一個(gè)寬峰值的熒光作為SA發(fā)射。制備250μm厚的ZnSe襯底(δ)和1000μm厚的ZnSe襯底(ε)。SA發(fā)射的強(qiáng)度取決于ZnSe襯底的厚度。LED制備在不同厚度的ZnSe襯底(δ，ε)上，以檢查顏色與襯底厚度的關(guān)系。
實(shí)施例7的摻碘ZnSe襯底吸收460nm和510nm之間的光，發(fā)射在585nm有一個(gè)峰值的SA發(fā)射。實(shí)施例8的摻鋁ZnSe襯底吸收從460nm到480nm的光，發(fā)射在610nm有一個(gè)峰值的SA發(fā)射。ZnSe襯底的摻雜劑改變了SA發(fā)射的峰值波長(zhǎng)。除了厚度和摻雜劑，其它的結(jié)構(gòu)類似于實(shí)施例7。
有源層為ZnSe，類似于實(shí)施例7通過帶隙發(fā)射465nm的光。覆蓋層和接觸層和圖22所示的實(shí)施例7有相同的結(jié)構(gòu)。通過圖15的MBE裝置制備外延膜結(jié)構(gòu)。
(1)摻鋁的n型ZnSe襯底16(2)n型ZnSe緩沖層201(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層202(4)ZnSe有源層203(5)p型Be0.20Mg0.20Zn0.60Se覆蓋層204(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層205通過類似于實(shí)施例7的晶片工藝制備實(shí)施例8的LED。Pd/Au的點(diǎn)形p電極以250μm×250μm周期形成在p型接觸層205上。此外，金薄膜均勻地淀積在Pd/Au的點(diǎn)形p電極上以擴(kuò)展電流。In的n電極形成在ZnSe襯底的整個(gè)底部上。晶片工藝之后，晶片被切成250μm×250μm的多個(gè)芯片。通過將芯片以通常的方式安裝在管座12上(外延層向上型)制備LED，如圖13(a)所示。p電極通過金屬絲18的引線鍵合連接到管座12。芯片15以及管座12和13存儲(chǔ)在透明塑料封裝11內(nèi)。
以恒定的電流模式驅(qū)動(dòng)LED以測(cè)量輸出光。LED以高發(fā)光度發(fā)射紅紫光。對(duì)于20mA，紅紫光的一般輸出為1.5mW。襯底的厚度改變了發(fā)射光的色調(diào)。
(δ)250μm厚的ZnSe 微紫的紅紫(ε)1000μm厚的ZnSe 微紅的紅紫圖23為實(shí)施例8的LED的發(fā)射光譜。橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)。縱坐標(biāo)為發(fā)射強(qiáng)度(任意單位)。465nm的尖峰源自ZnSe有源層203的帶隙躍遷發(fā)射。來自有源層的藍(lán)光的強(qiáng)度恒定，與不同的ZnSe襯底的厚度無關(guān)。在光譜中有兩個(gè)比465nm波長(zhǎng)更長(zhǎng)的其它兩個(gè)峰值δ和ε。更長(zhǎng)波長(zhǎng)的峰值源自摻鋁ZnSe襯底16的SA發(fā)射。峰值分布在570nm和680nm之間，在610nm處有寬峰值。由于較薄的襯底和較少量的SA中心，250μm厚的LED(樣品δ)有較弱的SA發(fā)射。1000μm厚的LED(樣品ε)比樣品δ有更強(qiáng)的SA發(fā)射。該結(jié)果意味著SA發(fā)射的增加與ZnSe襯底厚度成正比。
實(shí)施例8的色品圖顯示在圖24中。
(δ)250μm厚的襯底…色品(x，y)＝(0.36，0.18)微紫的紅紫(ε)1000μm厚的襯底…色品(x，y)＝(0.50，0.27)微紅的紅紫在圖24中，來自外延膜結(jié)構(gòu)(有源層)的光的色品由△表示，來自ZnSe襯底的SA發(fā)射的色品用□表示。樣品δ和ε在將襯底發(fā)射□連接到有源發(fā)射△的線上對(duì)準(zhǔn)。事實(shí)表示樣品δ和ε的中性色為帶隙發(fā)射(有源層)和SA發(fā)射(襯底)的總和。實(shí)施例9選擇摻碘(I)和鋁(Al)的n型ZnSe晶片作為導(dǎo)電的ZnSe襯底。摻雜有碘和鋁并有約1×1018cm-3激活載流子密度的ZnSe晶體可以吸收比等于ZnSe帶隙460nm的波長(zhǎng)長(zhǎng)但比510nm短的波長(zhǎng)λ(460nm＜λ＜510nm)的光，可以發(fā)射在590nm有一個(gè)寬峰值光譜的SA發(fā)射。所述熒光源自以上提到的能帶尾現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^改變ZnSe襯底中的摻雜劑改變SA發(fā)射的峰值波長(zhǎng)。可以通過改變ZnSe襯底的厚度改變SA發(fā)射的強(qiáng)度。制備50μm厚的ZnSe(I+Al)襯底晶片(ζ)和150μm厚的ZnSe(I+Al)襯底晶片(η)。
通過MBE法制造具有ZnSe/ZnCdSe多量子阱有源層的外延發(fā)射結(jié)構(gòu)。圖25示出了實(shí)施例9的外延膜結(jié)構(gòu)。n型ZnSe緩沖層206、n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層207、ZnSe/Zn0.93Cd0.07Se多量子阱(MQW)有源層208、p型Be0.20Mg0.20Zn0.60Se覆蓋層209和p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層210外延地疊置在n型摻Al、I的ZnSe襯底16上。
LED膜結(jié)構(gòu)如下(1)n型摻Al、I的ZnSe襯底16(2)n型ZnSe緩沖層206(3)n型Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90覆蓋層207(4)ZnSe/Zn0.93Cd0.07Se多量子阱(MQW)有源層208(5)p型Be0.20Mg0.20Zn0.60Se覆蓋層209(6)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層210具有ZnSe有源層的實(shí)施例7和8由有源層發(fā)射465nm的光。代替ZnSe，實(shí)施例9使用ZnSe/ZnCdSe多量子阱作為有源層。實(shí)施例9由MQW有源層208發(fā)射475nm藍(lán)光?？梢杂卯a(chǎn)生475nm光的ZnSe0.99Te0.01有源層代替ZnSe/ZnCdSe MQW層208。n型覆蓋層207與前一實(shí)施例相同。
Pd/Au的p電極均勻地形成在整個(gè)p型ZnTe/ZnSe超晶格接觸層210上。由于本實(shí)施例將LED外延層倒置地安裝在柱上，光線將從襯底發(fā)出。覆蓋p型ZnSe/ZnTe超晶格接觸層210的整個(gè)p電極沒有阻礙由LED發(fā)出的光。In或Ti/Au的晶格形n電極以250μm×250μm周期形成在ZnSe襯底16的底部上。然后，沿晶格n電極以250μm×250μm的相同周期將晶片劃分為許多相等的芯片。芯片的底部上有周邊的n電極。代替晶格形n電極，點(diǎn)n電極以相同的周期形成在ZnSe襯底的底部上。
芯片倒置在管座22的上分支24上，外延膜結(jié)構(gòu)27朝下，如圖5(a)所示。襯底26的上部n電極通過金屬絲28連接到引線23。芯片25和引線22和23的上部分模塑在塑料樹脂21中。
當(dāng)電流施加到LED時(shí)，LED發(fā)出粉光和黃粉光。在20mA的電流下，一般的發(fā)射強(qiáng)度為1.2mW。光線稍弱于實(shí)施例7和8。中性色的色調(diào)取決于ZnSe襯底的厚度。
(ζ)50μm厚的ZnSe襯底 …粉(η)150μm厚的ZnSe襯底 …黃粉圖26為實(shí)施例9的發(fā)射光譜。光譜有一個(gè)來自外延膜結(jié)構(gòu)中有源層208的藍(lán)光的475nm的峰值，和來自摻Al、I的ZnSe襯底16的SA發(fā)射的590nm的寬峰值。50μm厚的LED發(fā)射(ζ)弱于150μm厚的LED發(fā)射(η)。所述事實(shí)驗(yàn)證了ZnSe襯底為590nm光的來源。來自外延膜結(jié)構(gòu)的475nm的光強(qiáng)度對(duì)ζ和η的LED很常見。
圖27為具有樣品ζ和η的實(shí)施例9的色品圖。
(ζ)50μm厚的樣品 …色品(x，y)＝(0.42，0.32)粉(η)150μm厚的樣品 …色品(x，y)＝(0.50，0.37)黃粉圖27也示出了來自外延膜結(jié)構(gòu)的475nm光(△)和來自ZnSe襯底的SA發(fā)射(□)的色品坐標(biāo)。樣品ζ和η在連接□和△的線上有色品坐標(biāo)。
圖28示出了實(shí)施例7、8和9的合成中性色光點(diǎn)的色品、外延膜光點(diǎn)(△)和ZnSe襯底的SA發(fā)射(□)的色品圖。點(diǎn)線示出了實(shí)施例7、8和9的合成顏色線。空圈(O)(α、β、γ實(shí)施例7)、點(diǎn)圈(⊙)(δ、ε實(shí)施例8)和黑圈(●)(ζ、η實(shí)施例9)顯示了實(shí)施例7、8和9的合成中性色。該圖證明了可以由ZnSe型LED通過改變來自外延膜結(jié)構(gòu)的光的波長(zhǎng)和來自雜質(zhì)摻雜的ZnSe襯底的光的波長(zhǎng)產(chǎn)生紅和藍(lán)之間需要的中性色的事實(shí)。結(jié)果揭示可以通過改變460nm和495nm范圍內(nèi)有源層的帶隙發(fā)射和改變550nm和650nm范圍內(nèi)襯底的SA發(fā)射得到如紫、紅紫、粉等的紫-紅中性色。
圖29為襯底材料、SA發(fā)射的波長(zhǎng)、有源層的材料、有源層發(fā)射的波長(zhǎng)、襯底的厚度、實(shí)施例的符號(hào)、色品坐標(biāo)以及實(shí)施例7、8和9的顏色的表格。
權(quán)利要求
1.一種白色LED，包括n型ZnSe單晶襯底，摻雜有碘(I)、溴(Br)、氯(Cl)、鎵(Ga)、銦(In)或鋁(Al)作為n型摻雜劑和作為自激活(SA)發(fā)射中心，吸收藍(lán)或藍(lán)綠光并發(fā)出黃或橘黃光；以及外延生長(zhǎng)在ZnSe襯底上的外延膜結(jié)構(gòu)，外延膜結(jié)構(gòu)具有由ZnSe晶體或與ZnSe有關(guān)的化合物晶體制成的p-n結(jié)和有源層，用于發(fā)射藍(lán)光或藍(lán)綠光；其中通過混合來自外延膜結(jié)構(gòu)的光和來自SA發(fā)射中心的光，ZnSe襯底產(chǎn)生并發(fā)射白光。
2.如權(quán)利要求1的白色LED，其中外延膜結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括具有從460nm到510nm波長(zhǎng)的產(chǎn)生藍(lán)或藍(lán)綠光的ZnSe有源層或Zn1-xCdxSe有源層，ZnSe襯底產(chǎn)生波長(zhǎng)從550nm到650nm的SA發(fā)射。
3.如權(quán)利要求2的白色LED，其中通過在10μm到2mm的范圍內(nèi)改變ZnSe襯底的厚度，白光的色調(diào)從冷白轉(zhuǎn)變?yōu)榕住?br> 4.如權(quán)利要求2的白色LED，其中通過改變外延膜結(jié)構(gòu)中有源層的組成改變白光的色調(diào)。
5.如權(quán)利要求2的白色LED，其中通過改變ZnSe襯底中摻雜劑的濃度改變白光的色調(diào)。
6.如權(quán)利要求1的白色LED，其中LED倒置地安裝在Γ形引線的平坦管座上，同時(shí)外延膜結(jié)構(gòu)接觸管座。
7.如權(quán)利要求1的白色LED，其中LED安裝在Γ形引線管座中形成的凹腔的底部上。
8.如權(quán)利要求7的白色LED，其中LED倒置地安裝在管座凹腔的底部上。
9.如權(quán)利要求1的白色LED，其中ZnSe襯底在上表面有一個(gè)凹腔，外延膜結(jié)構(gòu)有一個(gè)形成在ZnSe襯底的凹腔底部上的ZnSe或Zn1-xCdxSe有源層，管座在上表面上有一個(gè)突起，外延膜結(jié)構(gòu)安裝在管座的突起上，由ZnSe襯底封閉外延膜結(jié)構(gòu)。
10.一種中性色LED，包括n型ZnSe單晶襯底，摻雜有碘(I)、溴(Br)、氯(Cl)、鎵(Ga)、銦(In)或鋁(Al)作為n型摻雜劑和作為自激活(SA)發(fā)射中心，吸收藍(lán)光并發(fā)出黃或橘黃光；以及外延生長(zhǎng)在ZnSe襯底上的外延膜結(jié)構(gòu)，外延膜結(jié)構(gòu)具有由ZnSe晶體或與ZnSe有關(guān)的化合物晶體制成的p-n結(jié)和有源層，用于發(fā)射藍(lán)光；其中通過混合來自外延膜結(jié)構(gòu)的光和來自SA發(fā)射中心的光，ZnSe襯底產(chǎn)生并發(fā)射如紅紫、粉、紫粉、黃粉、藍(lán)紫、紫等的中性色。
11.如權(quán)利要求10的中性色LED，其中外延膜結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，包括產(chǎn)生從460nm到495nm波長(zhǎng)藍(lán)光的ZnSe有源層、Zn1-xCdxSe有源層或ZnSe1-yTey有源層，ZnSe襯底產(chǎn)生波長(zhǎng)從550nm到650nm波長(zhǎng)的SA發(fā)射。
12.如權(quán)利要求11的中性色LED，其中在10μm到2mm的范圍內(nèi)改變ZnSe襯底的厚度，中性色光由藍(lán)紫經(jīng)過紫改變?yōu)榧t紫。
13.如權(quán)利要求11的中性色LED，其中在10μm到2mm的范圍內(nèi)改變ZnSe襯底的厚度，中性色光由淺紫粉經(jīng)過粉改變?yōu)辄S粉。
14.如權(quán)利要求11的中性色LED，其中通過改變外延膜結(jié)構(gòu)中有源層的組成改變中性色光。
15.如權(quán)利要求11的中性色LED，其中通過改變ZnSe襯底中摻雜劑的濃度改變中性色光。
16.如權(quán)利要求10的中性色LED，其中LED倒置地安裝在Γ形引線的平坦管座上，同時(shí)外延膜結(jié)構(gòu)接觸管座。
17.如權(quán)利要求10的中性色LED，其中LED安裝在Γ形引線管座上形成的凹腔的底部上。
18.如權(quán)利要求17的中性色LED，其中LED倒置地安裝在管座凹腔的底部上。
19.如權(quán)利要求10的中性色LED，其中ZnSe襯底在上表面有一個(gè)凹腔，外延膜結(jié)構(gòu)有一個(gè)形成在ZnSe襯底的凹腔底部上的ZnSe、Zn1-xCdxSe或ZnSe1-yTey有源層，管座在上表面上有一個(gè)突起，外延膜結(jié)構(gòu)安裝在柱的突起上，由ZnSe襯底封閉外延膜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種白色或中性色LED,具有摻雜I、Al、Cl、Br、Ga、In作為SA發(fā)射中心的n型ZnSe單晶襯底和包括ZnSe、ZnCdSe或ZnSeTe有源層和p－n結(jié)的外延膜結(jié)構(gòu)。有源層發(fā)射藍(lán)或藍(lán)綠光。ZnSe襯底中的SA發(fā)射中心將藍(lán)或藍(lán)綠光轉(zhuǎn)變?yōu)辄S或橘黃SA光發(fā)射。來自外延膜結(jié)構(gòu)的藍(lán)或藍(lán)綠光和來自ZnSe襯底的黃或橘黃光合成為白色光或紅和藍(lán)之間的中性色光。
文檔編號(hào)H01L33/50GK1241821SQ9911030
公開日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1999年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月9日
發(fā)明者松原秀樹, 片山浩二, 武部敏彥 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社