CN102171843A - 具有光调变功能之半导体发光组件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有光调变功能的半导体发光组件及其制造方法被公开了。上述半导体发光组件包含一发光层以及一超顺磁性层。该发光层用以发射一第一光。特别地，当该第一光通过该超顺磁性层时，该第一光的一部分或大部分被该超顺磁性层调变成一第二光。在一些具体实施例中，该半导体发光组件被设计成该第一光未调变成该第二光的部分与该第二光混光成一第三光，例如白光。
Description
具有光调变功能之半导体发光组件及其制造方法 技术领域 本发明系关于一种半导体发光组件，并且特别地涉及关于一种具有光 调变功能的半导体发光组件。 背景技术 半导体发光组件 (例如， 发光二极管)系一类相当重要的固态组件， 其 将电能转换成光。 一典型的半导体发光组件通常包含一层或更多层由半导 体材料制成的发光层， 并且像三明治似地夹在相反掺杂型态的层之间。 当 一偏压被施加通过上述掺杂层时， 电洞与电子被注入发光层内， 电洞与电 子在发光层内再结合进而产生光。 光从发光层朝全方向发射， 并且从半导 体发光组件的所有表面发射出去。 有用的光通常是朝向该半导体发光组件 的顶表面所发射的光。 传统 LED 的一项缺点就是它们不能从它们的发光层产生白光。 让传统 的 LED产生白光的方法之一， 即是将从不同种 LED所发的不同色光混光成 白光。 例如， 从红光、 绿光及蓝光 LED 发光组件所发出的光， 或者从蓝光 及黄光 LED件所发出的光， 可以被混光进而产生白光。 此种方法的缺点之 一即是它需要用到多种 LED 以产生单一颜色的光， 明显地增加了成本。 除 此之外， 不同颜色的光通常系由不同型态的 LED所产生， 要将这些 LED结 合成一个组件必须需要复杂的制程来达成。 上述完成的组件因为不同的二 极管型态必须要不同的控制电压， 也必须需要复杂的控制电路。 这些组件 的长波长以及稳定性也会由于不同型态 LED的不同时效行为而劣化。 近来， 已经藉由用黄色光荧光粉、 高分子或染料环绕， 来将从蓝光单 芯片 LED所发出的光转换成白光。 此种方法的相关先前技术请参考美国专 利第 5， 813， 753号、 美国专利第 5， 959， 316号以及美国专利第 6， 069， 440 号。 这些环绕的材料将 LED 所发出之部分光的频率向下转换 (再次发出的 光具有较低的频率）， 进而改变其颜色。 例如， 如果一颗氮化物基的蓝光
LED 被黄色荧光粉环绕， 其所发出的部分蓝光将穿过荧光粉没被改变， 而 剩余的光将被向下转换成黄光。 上述案例中的 LED将发出来光以及黄光， 蓝光与黄光结合进而产生白光。 然而， 荧光粉的添加造成更为复杂的 LED, 其需要更加复杂的封装程 序。 此外， 其净光发射效率会由于荧光粉的吸收以及从蓝光到黄光的斯托 克位移而降低， 而且荧光粉有可靠度衰减的问题。 此外， 此类的 LED会蓝 色光暈现象。 一些研究者致力在 ZnSe基板上制造出 LED组件， 该 ZnSe基板被掺杂 I、 Al、 Cl、 Br、 Ga或 In等 n型态掺杂， 以便在该基板中建立荧光中心。 与在封装过程中添加荧光粉的原理相同， 这些荧光中心用以吸收由 LED 组 件发射的一部份光， 再行发出较长波长的光。 此种方法的相关先前技术请 参考美国专利第 6， 337， 536 号以及日本专利申请公告号第 2004— 072047 号。 一些研究者则着力在 LED 的 pn 接合里制造多重量子井， 其中多重量 子井用以发射不同波长的光。 此种方法的相关先前技术请参考美国专利第
5, 851, 905号、 美国专利第 6， 303， 404号、 美国专利第 6， 504， 171号以及 美国专利第 6， 734， 467号。 然而， 一般利用量子井当作 LED的发光层结构 会较难制得发光效率佳之长波长波段。 例如， 波长大于 550nm.且利用量子 井结构所制得之发光频谱和发光效率有一定关系， 随着频谱之加大， 量子 井发光层之发光效率会急剧下降。 因此， 利用量子井结构仅能于窄频谱波 长上得到较佳之光效率。 近来， 也有研究者揭露调适型 LED, 其包含一短波长 LED (紫外光 LED) 以及一再光发半导体结构。 该再发光半导体结构包含不位于 pn 接合内之 三个一位能井， 用以分别吸收此外光后再行发出蓝光、 绿光以及虹光。 此 种方法的相关先前技术请参考美国专利第 7， 402, 831号。 由以上对发白光或近白光 LED 之相关先前技术的描述， 可得知目前 LED相关技术皆存有制造复杂、 转换效率低等问题。
此外， 半导体发光组件当应用于显示用途时， 例如 LED 显示广告牌， 其多采用不同种类的 LED , 例如同时采用蓝光、 绿光以及红光 LED , 来达 到多彩显示。 明显地， LED显示领域仍有很大的改进空间。 发明内容 本发明目的是针对以上现有技术的不足，提供一种无需荧光粉或再发 光半导体结构且结构简单的单芯片白光半导体发光组件， 以解决将原发射 光转换成二次光之发光效率低、 制造程序复杂等缺点。 本发明之另一目的是提供一种单芯片且具有光调变功能的半导体发光 组件， 以利运用在 LED显示领域。 本发明之目的可以通过以下技术方案实现： 一种半导体发光组件， 包含： 一基材， 该基材具有一上表面以及一下表面； 一多层结构， 该多层结构系形成于该基材之该上表面上， 该多层结构 包含一发光层， 该发光层用以发射一第一光， 该多层结构具有一顶表面； 以及 一第一超顺磁性层， 该第一超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶表 面上及 /或形成于该基材之该下表面上， 其中当该第一光通过该第一超顺 磁性层时， 该第一光之一部分或大部分被该第一超顺磁性层调变成一第二 光。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系由一顺磁性材料所形成。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层具有由多个纳米尺度的孔洞 或多个纳米尺度的突出体所构成之一图案。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层之该多个孔洞或该多个突出 体中之部分孔洞或部分突出体其尺寸系配合将该通过的第一光调变成一第三 光。
所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层系形成以大 体上覆盖该基材之该下表面， 该半导体发光组件进一步包含一反射层， 该反 射层系形成以覆盖已覆盖该基材之该下表面之该第一超顺磁性层， 该反射层 用以反射该第二光， 其中该第一光未调变成该第二光之部分与该被反射的第 二光混光成一第三光。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆盖该基材 之该下表面， 该半导体发光组件进一步包含一第二顺磁性层， 该第二超顺磁 性层系形成于该基材之该下表面该第一超顺磁性层未覆盖的区域上， 当该第 一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁性层调变成一第三 光， 该半导体发光组件进一步包含一反射层， 该反射层系形成以覆盖已覆盖 该基材之该下表面之该第一超顺磁性层以及该第二超顺磁性层， 该反射层用 以反射该第二光以及该第三光， 该第一光与该被反射的第二光及该被反射的 第三光混光成一第四光。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成以大体上覆盖该多层 结构之该顶表面。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆盖该多层结 构之该顶表面， 致使该第一光未调变成该第二光之部分与该第二光混光成一 第三光。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆盖该多层结 构之该顶表面， 该半导体发光组件进一步包含一第二顺磁性层， 该第二超顺 磁性层系形成于该多层结构之该顶表面该第一超顺磁性层未覆盖的区域上， 当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁性层调变成 一第三光。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆盖该多层结 构之该顶表面， 该半导体发光组件进一步包含一第二顺磁性层以及一第三超 顺磁性层， 该第二超顺磁性层及该第三超顺磁性层系分别形成于该多层结构 之该顶表面该第一超顺磁性层未覆盖的区域上， 当该第一光通过该第二超顺
磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁性层调变成一第三光， 当该第一光通过 该第三超顺磁性层时， 该第一光被该第三超顺磁性层调变成一第四光。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶 表面上， 该发光层提供该顶表面， 该半导体发光组件进一步包含一半导体披 覆层， 该半导体披覆层系形成于该第一超顺磁性层上。 所述之半导体发光组件， 其第一超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶 表面上， 该多层结构并且包含一半导体披覆层， 该半导体披覆层提供该顶表 面。 所述之半导体发光组件， 其半导体发光组件进一步包含两个电极， 该等 电极系形成于该第一超顺磁性层上。 所述之半导体发光组件， 其该等电极以及该第一超顺磁性层系与该多层 结构绝缘。 所述之半导体发光组件， 其发光层系由一 ιιι-ν族化合物或一 II-VI族化 合物所形成。 所述之半导体发光组件， 其基材系由选自由玻璃 (Si02)、 硅 (Si)、 锗 (Ge)、 氮化镓（GaN)、 砷化镓（GaAs)、 磷化镓（GaP)、 氮化铝（A1N)、 蓝宝 石、 尖晶石、 三氧化二铝（A1203)、 碳化硅（SiC)、 氧化锌（Zn0)、 氧化镁 (MgO)、 二氧化锂铝（LiA102)、 二氧化锂镓（LiGa02)以及四氧化镁二铝 (MgAl204)所组成之一群组中之其一所形成。 一种制造半导体发光组件之方法， 该方法包含下列步骤： 制备一基材， 该基材具有一上表面以及一下表面； 形成一多层结构于该基材之该上表面上， 该多层结构包含一发光层， 该发光层用以发射一第一光， 该多层结构具有一顶表面； 以及 形成一第一超顺磁性层于该多层结构之该顶表面上及 /或于该基材之该 下表面上， 其中当该第一光通过该第一超顺磁性层时， 该第一光之一部分
或大部分被该第一超顺磁性层调变成一第二光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系由一顺磁性材 料所形成。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层具有由多个纳米 尺度的孔洞 (hole)或多个纳米尺度的突出体所构成之一图案。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层之该多个孔洞或 该多个突出体中之部分孔洞或部分突出体其尺寸系配合将该通过的第一光调 变成一第三光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成以大体上 覆盖该基材之该下表面， 该方法进一步包含下列步骤： 形成一反射层以覆盖已覆盖该基材之该下表面之该第一超顺磁性层， 该反射层用以反射该第二光， 其中该第一光未调变成该第二光之部分与该 被反射的第二光混光成一第三光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆 盖该基材之该下表面， 该方法进一步包含下列步骤： 形成一第二顺磁性层于该基材之该下表面该第一超顺磁性层未覆盖的 区域上， 当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁 性层调变成一第三光，
形成一反射层（reflective layer)以覆盖已覆盖该基材之该下表面之 该第一超顺磁性层以及该第二超顺磁性层， 该反射层用以反射该第二光以 及该第三光， 该第一光与该被反射的第二光及该被反射的第三光混光成一 第四光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成以大体上 覆盖该多层结构之该顶表面。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆
盖该多层结构之该顶表面， 致使该第一光未调变成该第二光之部分与该第二 光混光成一第三光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆 盖该多层结构之该顶表面， 该方法进一步包含下列步骤：
形成一第二超顺磁性层系于该多层结构之该顶表面该第一超顺磁性层 未覆盖的区域上， 其中当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被 该第二超顺磁性层调变成一第三光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成以部分覆 盖该多层结构之该顶表面， 该方法进一步包含下列步骤：
分别形成一第二顺磁性层以及一第三超顺磁性层于该多层结构之该顶 表面该第一超顺磁性层未覆盖的区域上， 其中当该第一光通过该第二超顺 磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁性层调变成一第三光， 当该第一光通 过该第三超顺磁性层时， 该第一光被该第三超顺磁性层调变成一第四光。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成于该多层 结构之该顶表面上， 该发光层提供该顶表面， 该方法进一步包含下列步骤： 形成一半导体披覆层于该第一超顺磁性层上。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其第一超顺磁性层系形成于该多 层结构之该顶表面上， 该半导体发光组件进一步包含一半导体披覆层， 该半 导体披覆层提供该顶表面。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其方法进一步包含下列步骤： 形成两个电极于该第一超顺磁性层上。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其电极以及该第一超顺磁性层系与 该多层结构绝缘。 所述之制造半导体发光组件之方法， 其发光层系由一 ιιι-ν族化合物或
所述之制造半导体发光组件之方法， 其基材系由选自由玻璃（Si02)、 硅（Si)、 锗（Ge)、 氮化镓（GaN)、 砷化镓（GaAs)、 磷化镓（GaP)、 氮化铝 (A1N)、 蓝宝石、 尖晶石（、 三氧化二铝（A1203)、 碳化硅（SiC)、 氧化锌 ( 0)、 氧化镁 (Mg0)、 二氧化锂铝（LiA102)、 二氧化锂镓（LiGa02)以及四氧 化镁二铝 (MgAl204)所组成之一群组中之其一所形成。 相较于先前技术， 本发明的优点在于，根据本发明之半导体发光组件 其应用超顺磁性层对原发射光做调变， 以达成在无需荧光粉情况下调变原 发射光成二次光， 进而解决先前技术将原发射光转换成二次光之发光效率 低、 制造程序复杂等缺点。 此外， 应用根据本发明之半导体发光组件构成 的显示单元， 不同于先前技术至少需用到红光、 绿光及蓝光 LED 各一颗的 作法， 其不仅可以减少组件数量， 并且可以精简驱动及控制电路。 附图说明 图 1 系绘示根据本发明之一较佳具体实施例之半导体发光组件之截面 视图。 图 2A 系于本发明之一具体实施例中做为形成超顺磁性层之模版的纳 米孔阳极氧化铝层之一扫喵式电子显微镜表面结构图。 图 2B 为析出在纳米孔阳极氧化铝层上之 MnZnFeO肥粒铁层之一扫喵 式电子显微镜表面结构图。 图 2C 为以超导量子干涉组件量测 MnZnFeO肥粒铁层的磁性所得量测 结果。 图 2D 为 AAO/GaN/Sapphire 多层结构试片以及两种 MnZnFe ferrite/AAO/GaN/Sapphire多层结构试片其经激发后之荧光光谱。 图 3 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体发光组件之截
面视图。 图 4 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体发光组件之截 面视图。 图 5 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体发光组件之截 面视图。 图 6 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体发光组件之截 面视图。 图 7 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体发光组件之截 面视图。 图 8A 系示意的截面视图用以绘示根据本发明之一较佳具体实施例之 一种制造一半导体发光组件的方法。 图 8B 系示意的截面视图用以绘示根据本发明之一较佳具体实施例之 另一种制造一半导体发光组件的方法。 图 8C 系示意的截面视图用以绘示根据本发明之一较佳具体实施例之 另一种制造一半导体发光组件的方法。 图 8D 系示意的截面视图用以绘示根据本发明之一较佳具体实施例之 另一种制造一半导体发光组件的方法。 附图主要组件符号说明：
1： 半导体发光组件，10 : 基材，102 : 上表面，104 : 下表面， 12 : 多层结 构，122 : 第二半导体披覆层，124 : 发光层，126 : 顶表面， 14、 14' ： 超顺 磁性层，16: 第一半导体披覆层 18 : 电极， 19: 反射层。
请参阅图 1， 图 1 系绘示根据本发明之一较佳具体实施例之半导体发 光组件 1之一截面视图。 特别地该半导体发光组件 1具有光调变功能。 如图 1所示， 该半导体发光组件 1包含一基材 10、 一多层结构 12、 一超顺性层 14、 一第一半导体披覆层 16以及至少一个电极 18。 于实际应用中， 该基材 10可以是玻璃（Si02)、 硅 (Si)、 锗 (Ge)、 氮化 镓（GaN) 、 砷化镓（GaAs) 、 磷化镓（GaP) 、 氮化铝（A1N) 、 蓝宝石 (sapphire)、 尖晶石（spinnel)、 三氧化二铝（A1203)、 碳化硅（SiC)、 氧化 锌（Zn0)、 氧化镁（Mg0)、 二氧化锂铝（LiA102)、 二氧化锂镓（LiGa02)或四 氧化镁二铝 (MgAl204)……， 等。 同样示于图 1， 该基材 10具有一上表面 102以及一为该上表面 102之 反面的下表面 104。 该多层结构 12 系形成于该基材 10 之该上表面 102 上。 如同一般的半导体发光组件， 该多层结构 12包含一发光层 124。 该发 光层 124用以发射一第一光， 例如， 蓝光或紫外光。 该多层结构 12 并且 包含在形成该发光层 124 之前所形成之一第二半导体披覆层 122， 如图 1 所示。 在形成该第二半导体披覆层 122 之前， 也可以先行在该基材 10 之 该上表面 102上形成一缓冲层。 于一具体实施例中， 该发光层 124 可以是一 pn-接合、 一双异质接合 或一多重量子井。 于一具体实施例中， 该发光层 124系由一 III-V族化合物或一 II-VI 族化合物所形成， 例如， 目前已广泛应用的氮化镓（GaN)、 氮化铟镓 (InGaN)、 氮化铝镓 (AlGaN)或氮化铝铟镓 (AlGalnN) ······， 等。 请再参阅图 1， 该多层结构 12 具有一顶表面 126。 该超顺磁性层 14 系形成于该多层结构 12 之该顶表面 126 上。 特别地， 当该第一光通过该 超顺磁性层 14时， 由于该超顺磁性层 14会对该第一光造成磁光效应， 该 第一光之一部分或大部分被该第一超顺磁性层 14 直接调变成一第二光， 例如， 蓝光调变成黄光 (蓝光的互补光)或紫外光调变成蓝光。
在此需强调的是， 不同于先前技术所采用荧光粉或再发光半导体结构 先行吸收原发射光再行发出较低频率光等方法， 根据本发明之超顺磁性层 系对原发射光造成磁光效应， 直接调变原发射光的频率。 明显地， 根据本 发明之半导体发光组件其将原发射光转换成二次光之发光效率较先前技术 要高。 于实际应用中， 该超顺磁性层 14 系由一顺磁性材料所形成， 例如， MnZn 铁氧体（例如， MnZnFeO 肥粒铁（MnZnFe ferrite) ) , NiZn 铁氧体、 NiZnCu、 Ni-Fe-Mo alloy, 铁基非晶材料、 铁镍基非晶材料、 钴基非晶材 料、 超微晶合金、 铁粉心材料、 超导材料、 Zn0、 A1203、 GaN、 GaInN、 GaInP、 Si02、 Si3N4、 A1N、 BN、 Zr203、 Au、 Ag、 Cu或 Fe……， 等。 此外， 该超顺磁性层 14 具有由多个纳米尺度的孔洞或多个纳米尺度的突出体所 构成之一图案。 上述孔洞的孔径或突出体的外径之特定范围， 仅对特定频 率的光具有响应。 以针对现行 LED 应用的光源范围为例（从紫外光至红 光）， 上述孔洞的孔径或突出体的外径的是当范围为数十纳米至数百纳 米。 在制造过程中， 微调上述孔洞的孔径或突出体的外径， 经调变光的频 率即会改变。 因此， 根据本发明之超顺磁性层， 其上孔洞的孔径（或突出 体的外径)需视原发射光之频率以及欲获得调变光的频率而定。 此外， 该超顺磁性层 14 仅有在特定的厚度范围才具有超顺磁特性， 并且维持超顺磁特性之厚度范围取决于形成该层的顺磁性材料， 一般适当 的厚度范围为数纳米至数百纳米。 该超顺磁性层 14 之厚度也须考虑到以 不影响该半导体发光组件 1之整体透光性为佳。 关于上述超顺磁性层的制造方法， 可以藉由各种传统沈积制程， 例 如， PVD、 CVD 或 M0CVD, 并配合微显影制程以及干式蚀刻制程或湿式蚀刻 制程即可达成。 在此， 本发明另揭露一种无需藉由微显影制程而能成功制造出如上所 述之超顺磁性层。 需先声明， 以下所举案例仅做为说明本发明可具体实施 性， 并非一完整的半导体发光组件实施例。 首先， 在蓝宝石基材上沈积氮
化镓层。 接着， 在氮化镓层上藉由电子溅射制程沉积铝层， 再对铝层进行 阳极氧化处理， 进而形成纳米孔阳极氧化铝层。 本案例的 AA0层之一扫喵 式电子显微镜表面结构请见图 2A所示。 需声明， 在此 AA0层即做为一模 版， 无需移除。 接着， 在 AA0 层上藉由旋转析出法形成 MnZnFeO 肥粒铁 层。 MnZnFe ferri te 的制备乃是调制 0. 5M 的 MnCl2、 ZnCl2、 Fe203， 以
0. 5： 0. 5： 1之比例混合在一起后搅拌均匀。 另调配 2M的 NaOH液体作为 共沉反应即可以旋转析出法， 以交互滴定得到 MnZnFe ferrite 层。 本案 例的 MnZnFeO肥粒铁层之一扫喵式电子显微镜表面结构请见图 2B所示。 如图 2B所示， 该 MnZnFeO肥粒铁层具有纳米尺度的孔洞。 以超导量子干 涉组件量测 MnZnFeO肥粒铁层的磁性， 其量测结果请见图 2C。 图 2C所示 之量测结果其磁化率增加， 残磁量甚小、 矫顽磁力甚低， 足以证明 MnZnFeO肥粒铁层呈现超顺磁的现象。 根据上述各制程制备三种试片， 分别为： AAO/GaN/Sapphire 多层结 构、 45MnZnFe ferri te (析出时间： 45 秒） /AAO/GaN/Sapphire 多层结构以 及 90MnZnFe ferri te (析出时间： 90秒） /AAO/GaN/Sapphire多层结构。 采 用 325 的 He-Cd 雷射作为激发的光源， 能量为 3. 13eV， 对上述三种试片 进行激发。 并且， 利用透镜组收集激发出之荧光， 再聚焦至光谱仪内， 经 光谱仪内之光栅分光后由光电倍增管侦测器 (PMT)侦测， 再透过计算机将 光谱绘制， 其结果请见图 2D。 如图 2D所示， 荧光光谱中， 其蓝光峰值强 度随着 MnZnFe ferrite离心析出时间增加而减弱， 另产生波长约为 550nm 的次峰值。 由于 AA0结构层经 SQUID量测， 证实其也具有超顺磁性， 因此 激发 AAO/GaN/Sapphire 多层结构试片之荧光即出现蓝光峰值减弱的现 象。 但是， 由图 2D 所呈现的结果可证实该红位移 2 峰值 (次峰值)主要是 因为 MnZnFeO ferrite 层的超顺磁性对原发射光调变所导致。 至于， 经调 变光的光学性质， 例如， 峰值的波长、 频宽…等， 这些光学性质皆可以透 过制程来控制 MnZnFeO ferrite 层上纳米结构（孔洞或突出体）的几何参 数， 例如， 孔径 (外径）、 排列…等， 进而达到所欲调变光的光学性质。 请再参阅图 1， 该第一半导体披覆层 16 系形成于该超顺磁性层 14 上。 该等电极 18 中之一个电极 18形成于该第一半导体披覆层 16上， 另
一个电极 18则形成于该第二半导体披覆层 122上。 该等电极 18系供电流 注入之用。 请参阅图 3， 图 3 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体 发光组件 1之一截面视图。 图 3中组件符号与图一中组件符号皆相同， 即 为先前已详述的各个材料层， 在此不多做赘述。 需强调的是， 该第一半导 体披覆层 16先行形成于该多层结构 12之该顶表面 126上， 该超顺磁性层 14则形成于该第一半导体披覆层 16上。 该等电极 18中之一个电极 18系 形成于该超顺磁行层 14上。 请参阅图 4， 图 4 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体 发光组件 1之一截面视图。 图 4中组件符号与图一及图 3中组件符号大多 相同， 即为先前已详述的各个材料层， 在此不多做赘述。 需强调的是， 该 半导体发光组件 1 包含一超顺磁性层 14' ， 该超顺磁性层 14' 系形成于 该基材 10之该下表面 104上。 该半导体发光组件 1进一步包含一反射层 19， 该反射层 19系形成于该超顺磁性层 14' 上。 该超顺磁性层 14' 其结 构系设计为将原发射的第一光调变为第二光。 该反射层 19 用以反射经该 超顺磁性层 14' 所调变的光。 特别地， 图 4所绘示之半导体发光组件 1， 其原发射的第一光会与经该超顺磁性层 14' 所调变的光进行混光。 请参阅图 5， 图 5 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例之半导体 发光组件 1之一截面视图。 图 5中组件符号与图 1、 图 3及图 4中组件符 号大多相同， 即为先前已详述的各个材料层， 在此不多做赘述。 需强调的 是， 该半导体发光组件 1 包含两超顺磁性层（14 和 14' )。 该超顺磁性层 14' 其结构可以设计为将原发射的第一光调变为第二光， 或不同于第二光 之其它色光。 该反射层 19用以反射经该超顺磁性层 14 ' 所调变的光。 该超顺磁性层 14 的披覆程度， 可以依照该半导体发光组件 1 最终出 光效果而定。 请参阅图 6， 图 6 系绘示根据本发明之另一较佳具体实施例 之半导体发光组件 1 之一截面视图。 图六中组件符号与图 1、 图 3、 图 4 及图 5 中组件符号大多相同， 即为先前已详述的各个材料层， 在此不多做
赘述。 需强调的是， 该超顺磁性层 14系形成以部分覆盖该多层结构 12之 该顶表面 126。 在此情况下， 该第一光未调变成该第二光之部分会与与该 第二光混光成一第三光。 同理， 可以依照该半导体发光组件 1 最终出光的 需求， 将图 3、 图 4及图 5中各超顺磁性层 14 (或 14' )设计成仅部分覆盖 而非全面覆盖。 依照混光需求对于根据本发明之半导体发光组件， 其结构上的设计也 可以如图 7所示， 两超顺磁性层（14和 14 ' )皆形成在该发光层 124上（也 可以形成在该第一半导体披覆层 16 上）。 该两层超顺磁性层（14 和 14' ) 其结构系配合对原发射光造成的红位移不同， 以或得所需的混光效果。 该 两层超顺磁性层（14 和 14' )的覆盖面积， 可以依照所需混光效果来设 计。 举例来说， 该发光层 124所发射的光为紫外光， 该超顺磁性层 14 其 结构可以设计成将紫外光调变为蓝光， 该超顺磁性层 14' 其结构可以设计 成将紫外光调变为黄光。 于上述案例中， 两超顺磁性层（14 和 14' )可以 设计成完全覆盖该发光层 124， 致使调变后的蓝光与调变后的黄光混光成 白光。 同理可以依照混光需求， 在根据本发明之半导体发光组件 1 中之同一 层材料层 (例如， 发光层 124、 第一半导体披覆层 16 或基材 10 之下表面 104)上形成三种甚至是三种以上具不同调光功能的超顺磁性层。 除此之 夕卜， 欲得到两种甚至两种以上的调变光（二次光）， 也可以仅在同一层超顺 磁性层上制造出两种不同尺寸的孔洞（或突出体）， 即可以让原发射光在通 过该两种不同尺寸的孔洞（或突出体）时分别被调变成两种不同的光。 此外， 特别地， 根据本发明之半导体发光组件中之超顺磁性层， 其本 身的超顺磁性可以藉由施加一载波而被抑制， 进而改变该超顺磁性层对原 发射光所造成的红位移， 其中该超顺磁性层对原发射光所造成的红位移被 改变的程度取决于该载波的频率。 藉此， 根据本发明之半导体发光组件之 最终出光的颜色可以改变。 也就是说， 运用两颗甚至是一颗根据本发明之 半导体发光组件配合载波的施加， 即可做为 LED 显示广告牌的显示单元。 更特别的是， 即便是运用两颗根据本发明半导体发光组件做为 LED 显示广
告牌的显示单元， 该两颗半导体发光组件之基本组成可以完全相同， 例 如， 同为发蓝光或紫外光的半导体组成， 藉此可以简化显示单元的驱动及 控制电路。 明显地， 不同于先前技术至少需用到红光、 绿光及蓝光 LED 各 一颗的作法， 应用根据本发明之半导体发光组件构成的显示单元， 其不仅 可以减少组件数量， 并且可以精简驱动及控制电路。 关于将载波施加至根据本发明之超顺磁性层的方法， 一种方法系将载 波讯号直接加在藉由该两电极 18 注入的电流讯号上。 另一种方法则是另 形成两个电极 (不同于该等电极 18)在超顺磁性层上， 所需施加的载波讯号 即藉由此两个电极施加至超顺磁性层上， 其中此两个用以施加载波讯号的 电极以及超顺磁性层可以与该多层结构 12绝缘。 请参阅图 8A至图 8D, 该等图式系为截面视图用以绘示根据本发明之 一较佳具体实施例之一种制造一具有光调变功能之半导体发光组件的方 法。 以下将对该方法作一详细阐述。 首先， 一基材 10被制备完成， 如图 8A所示。 该基材 10具有一上表 面 102以及一为该上表面 102之反面的下表面 104。 接着， 一由多层依序形成的磊晶层所组成的多层结构 12 形成于该基 材 10之该上表面 102上， 如图 8B所示。 并且， 该多层结构 12系包含一 发光层 124， 例如， 一 PN接合、 一双异质接合或一多重量子井。 该多层结 构 12并且包含在形成该发光层 124之前所形成之一半导体披覆层 122。 该 多层结构 12具有一顶表面 126。 随后， 一超顺磁性层 14系形成于该多层结构 12之该顶表面 126上， 如图 8C所示。 若提供该顶表面 126者为另一半导体披覆层， 图 8C所示之 结构仅需再形成用以注入电流的电极， 即完成半导体发光组件。 若提供该 顶表面 126者为该发光层 124， 如图 8D所示， 另一半导体披覆层 16系形 成于该超顺磁性层 14 上， 再形成用以注入电流的电极， 即完成半导体发 光组件。
于上述制造根据本发明之半导体发光组件之方法的各步骤中， 各个 料层其功能、 形成所用之材料、 制程、 几何参数以及结构上的变异， 皆 同上文中数个较佳具体实施例所述， 在此不多做赘述。
Claims (27)
- 权利要求书1、 一种半导体发光组件， 其特征在于所述半导体发光组件包含：一基材， 该基材具有一上表面以及一下表面；一多层结构， 该多层结构系形成于该基材之该上表面上， 该多层结构 包含一发光层， 该发光层用以发射一第一光， 该多层结构具有一顶表面； 以及一第一超顺磁性层， 该第一超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶表 面上及 /或形成于该基材之该下表面上， 其中当该第一光通过该第一超顺 磁性层时， 该第一光之一部分或大部分被该第一超顺磁性层调变成一第二 光。
- 2、 如权利要求 1所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 系由一顺磁性材料所形成。
- 3、 如权利要求 2所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 具有由多个纳米尺度的孔洞或多个纳米尺度的突出体所构成之一图案。 4、 如申请专利范围第 3项所述之半导体发光组件， 其中该第一超顺磁性层之 该多个孔洞或该多个突出体中之部分孔洞或部分突出体其尺寸系配合将该通 过的第一光调变成一第三光。
- 5、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 系形成以大体上覆盖该基材之该下表面， 该半导体发光组件进一步包含一反 射层， 该反射层系形成以覆盖已覆盖该基材之该下表面之该第一超顺磁性 层， 该反射层用以反射该第二光， 其中该第一光未调变成该第二光之部分与 该被反射的第二光混光成一第三光。
- 6、 如权利要求 5所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 系形成以部分覆盖该基材之该下表面， 该半导体发光组件进一步包含一第二 顺磁性层， 该第二超顺磁性层系形成于该基材之该下表面该第一超顺磁性层 未覆盖的区域上， 当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被该第二 超顺磁性层调变成一第三光， 该半导体发光组件进一步包含一反射层， 该反 射层系形成以覆盖已覆盖该基材之该下表面之该第一超顺磁性层以及该第二 超顺磁性层， 该反射层用以反射该第二光以及该第三光， 该第一光与该被反 射的第二光及该被反射的第三光混光成一第四光。
- 7、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 系形成以大体上覆盖该多层结构之该顶表面。
- 8、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 系形成以部分覆盖该多层结构之该顶表面， 致使该第一光未调变成该第二光 之部分与该第二光混光成一第三光。
- 9、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性层 系形成以部分覆盖该多层结构之该顶表面， 该半导体发光组件进一步包含一 第二顺磁性层， 该第二超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶表面该第一超 顺磁性层未覆盖的区域上， 当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光 被该第二超顺磁性层调变成一第三光。
- 10、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性 层系形成以部分覆盖该多层结构之该顶表面， 该半导体发光组件进一步包含 一第二顺磁性层以及一第三超顺磁性层， 该第二超顺磁性层及该第三超顺磁 性层系分别形成于该多层结构之该顶表面该第一超顺磁性层未覆盖的区域 上， 当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁性层调 变成一第三光， 当该第一光通过该第三超顺磁性层时， 该第一光被该第三超 顺磁性层调变成一第四光。
- 11、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性 层系形成于该多层结构之该顶表面上， 该发光层提供该顶表面， 该半导体发 光组件进一步包含一半导体披覆层， 该半导体披覆层系形成于该第一超顺磁 性层上。 12、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的第一超顺磁性 层系形成于该多层结构之该顶表面上， 该多层结构并且包含一半导体披覆 层， 该半导体披覆层提供该顶表面。
- 13、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的半导体发光组 件进一步包含两个电极， 该等电极系形成于该第一超顺磁性层上。
- 14、 如权利要求 13所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的该等电极以及 该第一超顺磁性层系与该多层结构绝缘。
- 15、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的发光层系由一 III-V族化合物或一 II-VI族化合物所形成。
- 16、 如权利要求 3所述之半导体发光组件， 其特征在于所述的基材系由选自 由玻璃（Si0<sub>2</sub>)、 硅（Si)、 锗（Ge)、 氮化镓（GaN)、 砷化镓（GaAs)、 磷化镓 (GaP)、 氮化铝（A1N)、 蓝宝石、 尖晶石、 三氧化二铝（A1<sub>2</sub>0<sub>3</sub>)、 碳化硅 (SiC)、 氧化锌（Zn0)、 氧化镁（Mg0)、 二氧化锂铝（LiA10<sub>2</sub>)、 二氧化锂镓 (LiGa0<sub>2</sub>)以及四氧化镁二铝 (MgAl<sub>2</sub>0<sub>4</sub>)所组成之一群组中之其一所形成。
- 17、 一种制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的该方法包含下列步 骤： 制备一基材， 该基材具有一上表面以及一下表面； 形成一多层结构于该基材之该上表面上， 该多层结构包含一发光层， 该发光层用以发射一第一光， 该多层结构具有一顶表面； 以及 形成一第一超顺磁性层于该多层结构之该顶表面上及 /或于该基材之该 下表面上， 其中当该第一光通过该第一超顺磁性层时， 该第一光之一部分 或大部分被该第一超顺磁性层调变成一第二光。
- 18、 如权利要求 17所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系由一顺磁性材料所形成。
- 19、 如权利要求 18所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层具有由多个纳米尺度的孔洞 (hole)或多个纳米尺度的突出体所 构成之一图案。
- 20、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层之该多个孔洞或该多个突出体中之部分孔洞或部分突出体其尺 寸系配合将该通过的第一光调变成一第三光。
- 21、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成以大体上覆盖该基材之该下表面， 该方法进一步包含下 列步骤： 形成一反射层以覆盖已覆盖该基材之该下表面之该第一超顺磁性层， 该反射层用以反射该第二光， 其中该第一光未调变成该第二光之部分与该 被反射的第二光混光成一第三光。
- 22、 如权利要求 21所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成以部分覆盖该基材之该下表面， 该方法进一步包含下列 步骤： 形成一第二顺磁性层于该基材之该下表面该第一超顺磁性层未覆盖的 区域上， 当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁 性层调变成一第三光，形成一反射层（reflective layer)以覆盖已覆盖该基材之该下表面之 该第一超顺磁性层以及该第二超顺磁性层， 该反射层用以反射该第二光以 及该第三光， 该第一光与该被反射的第二光及该被反射的第三光混光成一 第四光。
- 23、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成以大体上覆盖该多层结构之该顶表面。
- 24、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成以部分覆盖该多层结构之该顶表面， 致使该第一光未调 变成该第二光之部分与该第二光混光成一第三光。 25、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成以部分覆盖该多层结构之该顶表面， 该方法进一步包含 下列步骤： 形成一第二超顺磁性层系于该多层结构之该顶表面该第一超顺磁性层 未覆盖的区域上， 其中当该第一光通过该第二超顺磁性层时， 该第一光被 该第二超顺磁性层调变成一第三光。
- 26、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成以部分覆盖该多层结构之该顶表面， 该方法进一步包含 下列步骤： 分别形成一第二顺磁性层以及一第三超顺磁性层于该多层结构之该顶 表面该第一超顺磁性层未覆盖的区域上， 其中当该第一光通过该第二超顺 磁性层时， 该第一光被该第二超顺磁性层调变成一第三光， 当该第一光通 过该第三超顺磁性层时， 该第一光被该第三超顺磁性层调变成一第四光。
- 27、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶表面上， 该发光层提供该顶表面， 该方法进一步包含下列步骤： 形成一半导体披覆层于该第一超顺磁性层上。28、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的第 一超顺磁性层系形成于该多层结构之该顶表面上， 该半导体发光组件进一步 包含一半导体披覆层（semiconductor cladding layer) , 该半导体披覆层提 供该顶表面。
- 29、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的方 法进一步包含下列步骤： 形成两个电极于该第一超顺磁性层上。
- 30、 如权利要求 29所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的电 极以及该第一超顺磁性层系与该多层结构绝缘。 31、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的发 光层系由一 III-V族化合物或一 II-VI族化合物所形成。
- 32、 如权利要求 19所述之制造半导体发光组件之方法， 其特征在于所述的基 材系由选自由玻璃（Si0<sub>2</sub>)、 硅（Si)、 锗（Ge)、 氮化镓（GaN)、 砷化镓 (GaAs)、 磷化镓（GaP)、 氮化铝（A1N)、 蓝宝石、 尖晶石（、 三氧化二铝 (A1<sub>2</sub>0<sub>3</sub>)、 碳化硅（SiC)、 氧化锌（ZnO)、 氧化镁（MgO)、 二氧化锂铝 (LiA10<sub>2</sub>)、 二氧化锂镓 (LiGa0<sub>2</sub>)以及四氧化镁二铝 (MgAl<sub>2</sub>0<sub>4</sub>)所组成之一群组 中之其一所形成。
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