CN1343013A - 白色发光二极管 - Google Patents

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Abstract

白色发光二极管,包含由蓝宝石形成的绝缘基片、氮化镓长晶层、n型氮化镓缓冲层、p型氮化镓接触层、p型氮化铝镓限制层、氮化铟镓多重量子阱发光层,每一阱中掺杂锌、n型氮化铝镓限制层、n型氮化镓接触层、氧化铟锡透明导电层,其中部分以蚀刻除去,使露出部分n型氮化镓接触层、形成在n型氮化镓接触层的露出部分上与透明导电层接触的n型Ni/Au前电极,蓝宝石不导电,须将发光二极管蚀刻至p型氮化镓接触层,然后在p型氮化镓接触层上形成p型Ni/Au后电极。

Description

白色发光二极管
本发明涉及一种发光二极管，尤其涉及一种白色发光二极管。
发光二极管的应用颇为广泛，例如，可应用于光学显示装置、交通号志、数据存储装置、通信装置、照明装置、以及医疗装置。发光二极管中人类潜在需求量最大且最重要者为白色发光二极管，若能降低白色发光二极管的生产成本，并增长其使用寿命，则有可能取代目前人类大量使用的白色荧光灯管或灯泡。
目前市面上最常见的白色发光二极管是利用一颗蓝色发光二极管与荧光材料组合而成，其原理是利用蓝色发光二极管晶粒所发射的蓝光激发荧光材料，使后者产生黄光，使混合原来的蓝光而成为白光。
现有技术的白色发光二极管的主要缺点在于：蓝色发光二极管晶粒虽然有约十万小时的寿命，但由于荧光材料的寿命仅约五千至一万小时，故造成此种白色发光二极管的整体寿命大为缩短。
现有技术的白色发光二极管的另一缺点为由于必须使一颗蓝色发光二极管与荧光材料组合，因而造成复杂的制造程序，进而导致高昂的生产成本。
现有技术的白色发光二极管的又一缺点为由于必须使用荧光材料，因而产生荧光材料的成本。
由于现有技术的白色发光二极管的前述各项缺点，本发明的一目的在于提供一种白色发光二极管，其单颗晶粒本身即可发出白光，而无需使用任何荧光材料，故能够避免因荧光材料的寿命短而造成白色发光二极管整体寿命大为缩短的不良结果。
本发明的另一目的在于提供一种白色发光二极管，其中无需使用任何荧光材料，故能够简化白色发光二极管的制造程序，进而降低生产成本。
本发明的又一目的在于提供一种白色发光二极管，其中无需使用任何荧光材料，故能够省除荧光材料的成本。
为实现所述目的，本发明提供一种白色发光二极管，包含：一氮化铟镓发光层，其具有一第一主要表面与一第二主要表面；一p型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第一主要表面结合；以及一n型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第二主要表面结合；该氮化铟镓发光层包含InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5，且该氮化铟镓发光层中掺杂预定种类的元素，使在该氮化铟镓发光层中产生黄光主波峰。
另外，本发明还提供一种白色发光二极管，包含：一氮化铟镓发光层结构，其具有一第一主要表面与一第二主要表面；一p型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第一主要表面结合；以及一n型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第二主要表面结合；该氮化铟镓发光层结构包含r个氮化铟镓量子阱与r+1个氮化铟镓势垒层，使得每一个氮化铟镓量子阱上下二侧皆有一氮化铟镓势垒层，其中，r≥1，每一氮化铟镓量子阱是由IneGa1-eN构成，每一氮化铟镓势垒层是由InlGa1-fN构成，0.15≤f＜e≤0.5，且该每一个氮化铟镓量子阱中掺杂预定种类的元素，使在该氮化铟镓量子阱中产生黄光主波峰。
现参照附图，详细说明本发明的一较佳实施例。
图1为一氮化铟镓半导体的能带示意图，用以说明本发明的原理；以及
图2为依本发明的一较佳实施例的发光二极管结构的剖面示意图。
现参照各附图，详细说明本发明。
参照图1，在氮化铟镓(InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5)半导体材料所制成的发光层中，能量状态处于导带1的自由电子跃迁至能量状态处于价带2的空穴中时，将发出蓝光。若在此氮化铟镓(InxGa1-xN，其中，0≤x≤1)半导体材料中掺杂适量的锌，其所提供空穴的能量状态将处于锌能带3，当能量状态处于导带1的自由电子跃迁至能量状态处于锌能带3的空穴中时，将发出黄光。基于此原理，在氮化铟镓发光层中所产生的蓝光与黄光混合，即可产生白光。
根据前段所述的原理，依本发明一较佳实施例的白色发光二极管如图2中所示，包含由蓝宝石形成的一绝缘基片10、形成在绝缘基片10上的一氮化镓长晶层11、形成在氮化镓长晶层11上的一n型氮化镓缓冲层12、形成在缓冲层12上的一p型氮化镓接触层13、形成于p型氮化镓接触层13上的一p型氮化铝镓限制层14、形成于p型氮化铝镓限制层14上的一氮化铟镓多重量子阱发光层15，每一量子阱中掺杂锌、形成在发光层15上的一n型氮化铝镓限制层16、形成于n型氮化铝镓限制层16上的一n型氮化镓接触层17、形成于n型氮化镓接触层17上的一氧化铟锡透明导电层18，其中一部分以蚀刻方式除去，使露出部分n型氮化镓接触层17，形成在n型氮化镓接触层17的该露出部分上的一n型Ni/Au前电极20，并使前电极20与透明导电层18接触，又由于蓝宝石不导电，故须将发光二极管适当地蚀刻至p型氮化镓接触层13，然后在p型氮化镓接触层13上形成一p型Ni/Au后电极19。
本领域的技术人员可轻易了解，绝缘基片10可包含选自于蓝宝石、LiGaO3、及LiAlO3所构成材料群组中的一种材料；长晶层11可包含选自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所构成材料群组中的一种材料；n型缓冲层12可由GaN材料制成；p型接触层13可包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；p型限制层14包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；氮化铟镓多重量子阱发光层15包含r个氮化铟镓量子阱与r+1个氮化铟镓势垒层，使得每一个氮化铟镓量子阱上下二侧皆有一氮化铟镓势垒层，其中，r≥1，每一氮化铟镓量子阱是由IneGa1-eN构成，每一氮化铟镓势垒层是由InlGa1-fN构成，且0≤f＜e≤1；n型限制层16可包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；n型接触层17可包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；n型电极20可包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；p型电极19可包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料。
由以上说明可知，依本发明的白色发光二极管，其单颗晶粒本身即可发出白光，而无需使用任何荧光材料，显然能够达到本发明所述各项目的。事实上，已验证其确实能够达到本发明的各项目的。
以上所述，仅为用以方便说明本发明的一较佳实施例，本发明的范围不限于该较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明权利要求的范围。例如，本发明概念可使用在以导电材料(如碳化硅SiC、氮化镓GaN、砷化镓GaAs等)或不透光材料(如硅Si、砷化镓GaAs等)为基片的发光二极管中，且该较佳实施例中的氮化铟镓多重量子阱发光层15可以本领域技术人员熟知的单一量子阱结构取代，或以纯氮化铟镓发光层取代；以其他元素如镁或镉取代锌，亦可达成类似效果；又例如，省去长晶层11与/或n型氮化镓缓冲层12，显然也不脱离本发明的精神与范围。

Claims (12)

1.一种白色发光二极管，包含：
一氮化铟镓发光层，其具有一第一主要表面与一第二主要表面；
一p型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第一主要表面结合；以及
一n型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第二主要表面结合；
其特征在于：该氮化铟镓发光层包含InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5，且该氮化铟镓发光层中掺杂预定种类的元素，使在该氮化铟镓发光层中产生黄光主波峰。
2.依权利要求1的白色发光二极管，其中所掺杂预定种类的元素包含选自于锌、镉、铍、锂、汞、硅、碳、以及镁所构成材料群组中的一种材料。
3.依权利要求1的白色发光二极管，其中所掺杂预定种类的元素为锌。
4.一种白色发光二极管，包含：
一氮化铟镓发光层结构，其具有一第一主要表面与一第二主要表面；
一p型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第一主要表面结合；以及
一n型限制层，其与该氮化铟镓发光层的该第二主要表面结合；
其特征在于：该氮化铟镓发光层结构包含r个氮化铟镓量子阱与r+1个氮化铟镓势垒层，使得每一个氮化铟镓量子阱上下二侧皆有一氮化铟镓势垒层，其中，r≥1，每一氮化铟镓量子阱是由IneGa1-eN构成，每一氮化铟镓势垒层是由InlGa1-fN构成，0.15≤f＜e≤0.5，且该每一个氮化铟镓量子阱中掺杂预定种类的元素，使在该氮化铟镓量子阱中产生黄光主波峰。
5.依权利要求4的白色发光二极管，其中该每一个氮化铟镓量子阱中所掺杂预定种类的元素包含选自于锌、镉、铍、锂、汞、硅、碳、以及镁所构成材料群组中的一种材料。
6.依权利要求4的白色发光二极管，其中该每一个氮化铟镓量子阱中所掺杂预定种类的元素为锌。
7.一种白色发光二极管，包含：
一绝缘基片；
一长晶层，形成在该绝缘基片上；
一n型缓冲层，形成在该长晶层上；
一p型接触层，形成在该缓冲层上，其表面分为第一区域及第二区域；
一p型限制层，形成在该p型接触层的该第一区域上；
一氮化铟镓发光层，形成在该p型限制层上；
一n型限制层，形成在该发光层上；
一n型接触层，形成在该n型限制层上，其表面分为第一区域及第二区域；
一透明导电层，形成在该n型接触层的该第一区域上；
一n型电极，形成在该n型接触层的该第二区域上；以及
一p型电极，形成在该p型接触层的该第二区域上；
其特征在于：该氮化铟镓发光层包含InxGa1-xN，其中，0.15≤x≤0.5，且该氮化铟镓发光层中掺杂预定种类的元素，使在该氮化铟镓发光层中产生黄光主波峰。
8.依权利要求7的白色发光二极管，其中该绝缘基片包含选自于蓝宝石、LiGaO3、及LiAlO3所构成材料群组中的一种材料；该长晶层包含选自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所构成材料群组中的一种材料；该n型缓冲层是由GaN材料制成；该p型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该p型限制层包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；该n型限制层包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；该n型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该透明导电层包含选自于氧化铟锡(In2O3：Sn)、氧化镉锡(Cd2SnO4)、TiN、SnO2：Sb所构成材料群组中的一种材料；该n型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该p型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该氮化铟镓发光层中所掺杂预定种类的元素包含选自于锌、镉、铍、锂、汞、硅、碳、以及镁所构成材料群组中的一种材料。
9.依权利要求7的白色发光二极管，其中该绝缘基片包含选自于蓝宝石、LiGaO3、及LiAlO3所构成材料群组中的一种材料；该长晶层包含选自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGal-nN，其中，0≤n≤1，所构成材料群组中的一种材料；该n型缓冲层是由GaN材料制成；该p型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该p型限制层包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；该n型限制层包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；该n型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该透明导电层包含选自于氧化铟锡(In2O3：Sn)、氧化镉锡(Cd2SnO4)、TiN、SnO2：Sb所构成材料群组中的一种材料；该n型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该p型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Yi、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该氮化铟镓发光层中所掺杂预定种类的元素为锌。
10.一种白色发光二极管，包含：
一绝缘基片；
一长晶层，形成在该绝缘基片上；
一n型缓冲层，形成在该长晶层上；
一p型接触层，形成在该缓冲层上，其表面分为第一区域及第二区域；
一p型限制层，形成在该p型接触层的该第一区域上；
一氮化铟镓发光层结构，形成在该p型限制层上；
一n型限制层，形成在该发光层上；
一n型接触层，形成在该n型限制层上，其表面分为第一区域及第二区域；
一透明导电层，形成在该n型接触层的该第一区域上；
一n型电极，形成在该n型接触层的该第二区域上；以及
一p型电极，形成在该p型接触层的该第二区域上；
其特征在于：该氮化铟镓发光层结构包含r个氮化铟镓量子阱与r+1个氮化铟镓势垒层，使得每一个氮化铟镓量子阱上下二侧皆有一氮化铟镓势垒层，其中，r≥1，每一氮化铟镓量子阱是由IneGa1-eN构成，每一氮化铟镓势垒层是由InlGa1-fN构成，0.15≤f＜e≤0.5，且该每一个氮化铟镓量子阱中掺杂预定种类的元素，使在该氮化铟镓量子阱中产生黄光主波峰。
11.依权利要求10的白色发光二极管，其中该绝缘基片包含选自于蓝宝石、LiGaO3、及LiAlO3所构成材料群组中的一种材料；该长晶层包含选自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所构成材料群组中的一种材料；该n型缓冲层是由GaN材料制成；该p型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该p型限制层包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；该n型限制层包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；该n型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该透明导电层包含选自于氧化铟锡(In2O3：Sn)、氧化镉锡(Cd2SnO4)、TiN、SnO2：Sb所构成材料群组中的一种材料；该n型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该p型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该每一个氮化铟镓量子阱中所掺杂预定种类的元素包含选自于锌、镉、铍、锂、汞、硅、碳、以及镁所构成材料群组中的一种材料。
12.依权利要求10的白色发光二极管，其中该绝缘基片包含选自于蓝宝石、LiGaO3、及LiAlO3所构成材料群组中的一种材料；该长晶层包含选自于GaN、AlmGa1-mN，其中，0≤m≤1、及InnGa1-nN，其中，0≤n≤1，所构成材料群组中的一种材料；该n型缓冲层是由GaN材料制成；该p型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该p型限制层包含AlxGa1-xN，其中，0≤x≤1；该n型限制层包含AlzGa1-zN，其中，0≤z≤1；该n型接触层包含选自于GaN与AlGaN所构成材料群组中的一种材料；该透明导电层包含选自于氧化铟锡(In2O3：Sn)、氧化镉锡(Cd2SnO4)、TiN、SnO2：Sb所构成材料群组中的一种材料；该n型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该p型电极包含选自于Au、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Cr/Au、Ta/Ti、Pt/Ni/Au、Mo/Au、以及Co/Au所构成材料群组中的一种材料；该每一个氮化铟镓量子阱中所掺杂预定种类的元素为锌。
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