具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體及固態白光器件的製作方法
2023-06-05 09:35:36 1
專利名稱：具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體及固態白光器件的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種發光二極體及固態白光器件，詳言之，是關於一種具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體及固態白光器件。
現有技術近年來，由於氮化物發光器件的快速發展，對於高亮度發光二極體產生了高速成長的需求。例如利用於手機背光源、指示燈、戶外顯示看板等。隨著發光效率的大幅度提升，因此開始對利用高亮度發光二極體以產生白色光源抱持極大的興趣和期望。目前利用高亮度發光二極體產生白色光源主要有以下三種結構。
第一種為日亞化學所發明的利用藍光發光二極體加上黃色螢光粉(YAG-Ce；Y3Al5O12:Ce3+)而產生混色白光(參考美國專利第6,069,440號)，此種結構可製作目前市面上成本最低的白光器件。但由於其具有藍色光暈現象(Halo effect)，且螢光粉有可靠度衰減與光轉化效率低，與僅利用單一發光二極體其發光效率有限的缺點，因而無法得到具有高色彩飽和度、各種色溫調節的高強度、高可靠度的白光發光器件。
第二種是近年來為改善前者白光光源的演色性(Color renderingindex-CRI)不佳而提出，此為利用紫外光激發可產生紅藍綠(RGB)三色的螢光粉而產生高演色性的白光光源(參考美國專利第6592780、6580097及6596195號)。此結構的缺點為混合的RGB螢光粉可靠度不佳，加上紫外光為激發光源，不為混色光源，因此光強度更低。此外，其在封裝上會有導致封裝樹脂劣化與紫外光外露的安全疑慮需要克服。
第三種則為製作成本較高的利用多個發光器件結合的構造，以產生高亮度，且極佳演色性的白光光源(參考美國專利第6563139號)。但由於多晶片封裝成本高，加上目前市場僅能提供波長大於580nm的高亮度紅橘黃光磷化鋁銦鎵發光二極體與氮化物藍光發光二極體封裝，但這兩種材料特性不同，如高溫穩定性，驅動電壓，材料可靠度，因此面臨材料特性不同的高度使用困難。
此外，還有其它人提出利用在單一晶片裡生長具有不同波段的多重量子阱(quantum well)而直接產生白光(參考日本專利第2001-028458號)，但其製備與發光效率皆無法符合目前市場所需的白光功能。也有利用氮化鋁銦鎵藍光晶片激發磷化鋁銦鎵產生黃光而混光成白光光源，但此黃光強度過低與頻譜太窄而效果不佳。另外也有人使用硒化鋅(ZnSe)為發光材料(參考美國專利第6,337,536號)，但其可靠度，色彩飽和度，發光強度遠遠不如相關氮化鋁銦鎵的白光器件。
因此，有必要提供一種創新的且具有進步性的發光二極體及固態白光器件，以解決上述問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體，其包括一基板、一緩衝層、一N型包覆層、至少一量子點發光層及一P型包覆層。該緩衝層形成於該基板上。該N型包覆層形成於該緩衝層上，用以提供電子。該量子點發光層形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，這些量子點的特性分布不均勻，從而使該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬加大。該P型包覆層形成於該量子點發光層之上，用以提供空穴。
利用本發明的發光二極體結構，可製作具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵黃光發光二極體，其最大光強度的發光波長可落在530nm-600nm範圍內，半高寬為20nm～150nm。再與一氮化鋁銦鎵藍光發光二極體封裝成一固態白光器件，使藍光與黃光混光，可產生高發光強度兼具有調節各種色溫的高演色性的白光。由於該寬頻譜發光波段涵蓋人眼最敏感的可見光波段，因而可大大改善白光光強度，再加上寬頻譜分布則可進一步提升演色性與各種色溫調控。
在封裝製備上，由於本發明的固態白光器件所利用的藍光及黃光兩種發光二極體皆為氮化鋁銦鎵材料，因此其驅動電壓，熱穩定性，可靠度，ESD阻抗特性皆相仿，因此可大幅降低封裝成本與提高封裝器件的可靠度。
因此，本發明的固態白光器件將可用來提供或取代目前市場上的白光器件，例如可利用於攜帶性電子產品的白光背光源、車燈、造景燈、裝潢飾燈、手持燈具等相關白光器件。
圖1為本發明第一實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體的結構示意圖；圖2為本發明第二實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體的結構示意圖；圖3為本發明第三實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體的結構示意圖；圖4為本發明第四實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體的結構示意圖；圖5為本發明固態白光器件的結構示意圖；圖6為本發明固態白光器件的封裝後整體結構示意7為本發明固態白光器件的光強度與頻譜分布圖；圖8為本發明固態白光器件所產生的白光範圍示意圖；圖9為公知固態白光器件所產生的白光範圍示意圖。
具體的實施方式以下，參照附圖，說明作為本發明實施例的發光二極體及固態白光器件。在附圖中，相同或類似部分採用相同或類似的附圖標記、名稱。另外，附圖僅為示意圖，圖中的結構尺寸比例可能與實際結構的尺寸比例有所差異。
請參閱圖1，其顯示本發明第一實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體10的構造。該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體10包括一基板11、一緩衝層12、一N型包覆層(cladding layer)13、一量子點發光層14及一P型包覆層15。該氮化鋁銦鎵發光二極體10還包括兩電極16、17，以供與外界電源連接。該緩衝層12形成於該基板11上。該N型包覆層13形成於該緩衝層12上，用以提供電子。該P型包覆層15形成於該量子點發光層14之上，用以提供空穴。該緩衝層12、該N型包覆層13及該P型包覆層15均為氮化鋁銦鎵結構，可表示為Al(1-x-y)InyGaxN。
該量子點發光層14形成於該N型包覆層13上，該量子點發光層14具有多個量子點(quantum dots)141、142及143等，這些量子點的大小尺寸不同，例如量子點141較大，量子點142中等，量子點143較小，使得這些量子點的特性分布不均勻，從而使該量子點發光層14的發光波長頻譜半高寬增加。
該量子點發光層14還包括一第一阻擋層144及一第二阻擋層145。該第一阻擋層144位於所述量子點之下，該第二阻擋層145位於所述量子點之上。第一阻擋層144及第二阻擋層145均為氮化鋁銦鎵結構，可表示為Al(1-x-y)InyGaxN，並且第一阻擋層144及第二阻擋層145的能隙(Energy Band Gap)均須大於這些量子點的能隙。
在通常情況下，該第一能隙144還被形成於該N型包覆層13上，且該P型包覆層15被形成於第二阻擋層145上。在特別情況下，該第一阻擋層144可與該N型包覆層13為相同結構，而成為該N型包覆層13的一部分。同樣地，該第二阻擋層145可與該P型包覆層15為相同結構，而成為該P型包覆層15的一部分。
由於長久以來發光二極體皆為利用量子阱結構來調節波長，且由於氮化鋁銦鎵為晶體不對稱結構，具有C軸方向的不對稱而導致效應極大的壓電效應(Piezo effect)，因此增加量子阱的銦(In)含量與增加量子阱的厚度雖然可增加波長，但將會大幅度降低其發光效率。因此，應用傳統量子阱發光層於氮化鋁銦鎵材料發光層結構時，當嘗試提高發光波段高於540nm時，會因為提高銦含量或提高量子阱寬度而導致發光效率急劇下降的缺點。因此，本發明利用具有量子點的發光層外延結構可用來提高氮化鋁銦鎵發光二極體在長波長的發光效率。
量子點為利用晶格不匹配所產生的三維空間島狀結構，可提供三維空間載流子限制。由於氮化鋁銦鎵的理論波長涵蓋遠紫外光到紅光。並且，由於量子點發光層的發光波長頻譜半高寬可由量子點大小或銦含量來控制，因此，可以調節量子點的尺寸大小或銦含量的多少，控制量子點特性分布不均勻，以得到具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體10，若應用到黃光發光二極體，其最大光強度的發光波長可落在530nm-600nm(納米)範圍內，半高寬為20nm～150nm。
參考圖7所示，本發明具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體10可用於產生黃光，且可控制其最大光強度(強度為1)發光波長為585nm，且其半高寬(最大光強度的一半，亦即強度為0.5的波長範圍)為90nm(540nm-630nm)，以具有寬頻譜的特性。由於，本發明具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體10可控制量子點的特性分布不均勻，故可調節最大光強度的發光波長，以及半高寬，以具有寬頻譜特性。
如上所述，量子點發光層的發光波長頻譜半高寬是由量子點大小或銦含量來控制，在第一實施例中是採用單層的量子點發光層結構。但本發明並不限於僅可採用單層的量子點發光層結構。參考圖2，其顯示本發明第二實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體20。在圖2中，與第一實施例的結構相同的部分將用相同的附圖標記表示，並且若沒有特別提及則其具有相同的構造及功能。
本發明第二實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體20包括三層量子點發光層21、22、23，每一個量子點發光層具有多個量子點，第一量子點發光層21具有多個量子點211、212；第二量子點發光層22具有多個量子點221、222；第三量子點發光層23具有多個量子點231、232。並且設計同一層的量子點大小相同，不同層的量子點大小不同，亦即第三量子點發光層23的多個量子點231、232的大小相同，但是，第三量子點發光層23的量子點231、232大於第二量子點發光層22的量子點221、222。
以第一量子點發光層21為例說明，該量子點發光層21還包括一第一阻擋層213及一第二阻擋層214。該第一阻擋層213位於所述量子點211、212之下，該第二阻擋層214位於所述量子點211、212之上。第一阻擋層213及第二阻擋層214均為氮化鋁銦鎵結構，可表示為Al(1-x-y)InyGaxN，並且第一阻擋層213及第二阻擋層214的能隙均須大於所述量子點211、212的能隙。
第二量子點發光層22亦包括一第一阻擋層223及一第二阻擋層224。該第二量子點發光層22的第一阻擋層223形成於該第一量子點發光層21的第二阻擋層214之上。由於該第二量子點發光層22的第一阻擋層223與該第一量子點發光層21的第二阻擋層214均為類似的氮化鋁銦鎵結構，因此，可省略該第二量子點發光層22的第一阻擋層223或該第一量子點發光層21的第二阻擋層214二者之一，使該第一量子點發光層21的所述量子點211、212與該第二量子點發光層22的所述量子點221、222之間僅具有一阻擋層。
因此，在多層量子點發光層的結構中，二相鄰的量子點發光層之間可具有一阻擋層或兩個阻擋層。另外，可控制這些阻擋層的氮化鋁銦鎵結構的成分比例不同，使得二相鄰的量子點發光層之間具有二層以上的阻擋層。只要符合阻擋層的能隙大於這些量子點的能隙的條件限制，二相鄰的量子點發光層之間可具有至少一層的阻擋層。
本發明第二實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體20利用多層量子點發光層結構，並且不同層的量子點發光層的量子點尺寸不同，使得多層量子點發光層的特性分布不均勻，同樣可以達到增加該發光二極體20的發光波長頻譜半高寬的效果。
請參閱圖3，其顯示本發明第三實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體30的結構。本發明第三實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體30包括三層量子點發光層31、32、33。每一個量子點發光層具有多個量子點，第一量子點發光層31具有多個量子點311、312；第二量子點發光層32具有多個量子點321、322；第三量子點發光層33具有多個量子點331、332。上述的所有量子點其大小相同，但設計每一層的量子點發光層或每一個量子點的銦含量不同。例如第一量子點發光層31的多個量子點311、312的銦含量為30％，第二量子點發光層32的多個量子點321、322的銦含量為40％，第三量子點發光層33的多個量子點331、332的銦含量為50％。同樣地，利用每一層量子點的銦含量不相同，使得多層量子點發光層的特性分布不均勻，同樣可以達到增加該發光二極體30的發光波長頻譜半高寬的效果。
以第一量子點發光層31為例說明，該量子點發光層31還包括一第一阻擋層313及一第二阻擋層314。該第一阻擋層313位於所述量子點311、312之下，該第二阻擋層314位於所述量子點311、312之上。第一阻擋層313及第二阻擋層314均為氮化鋁銦鎵結構，可表示為Al(1-x-y)InyGaxN，並且第一阻擋層313及第二阻擋層314的能隙均須大於所述量子點311、312的能隙。
參考圖4，其顯示本發明第四實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體40的結構。本發明第四實施例的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體40包括三層量子點發光層41、42、43。每一個量子點發光層具有多個量子點，以第一量子點發光層41為例，第一量子點發光層41具有多個量子點411、412、413等，這些量子點的大小尺寸不同，例如量子點411大於量子點412，且量子點412大於量子點413。同樣地，利用每一層量子點的大小不同，使得多層量子點發光層的特性分布不均勻，以達到增加該發光二極體40的發光波長的效果。
以第一量子點發光層41為例說明，該量子點發光層41還包括一第一阻擋層414及一第二阻擋層415。該第一阻擋層414位於所述量子點411、412、413之下，該第二阻擋層415位於所述量子點411、412、413之上。第一阻擋層414及第二阻擋層415均為氮化鋁銦鎵結構，可表示為Al(1-x-y)InyGaxN，並且第一阻擋層414及第二阻擋層415的能隙均須大於所述量子點411、412、413的能隙。
在上述第一至第四實施例中，均僅提及利用量子點的大小或其銦含量的多少的變量二者擇一，以使得量子點發光層的特性分布不均勻，而達到增加該發光二極體的發光波長的效果。但依據本發明，可在如圖1、圖2及圖4所示的量子點大小不同的情形下，亦使其量子點的銦含量不同。例如在圖2所示的具有不同大小的量子點的情形下，使第一量子點發光層21的多個量子點211、212的銦含量為40％，第二量子點發光層22的多個量子點221、222的銦含量為45％，第三量子點發光層23的多個量子點231、232的銦含量為70％。以同時控制量子點的大小及其銦含量的多少二變量。
本發明的具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體可應用到黃光發光二極體，其最大光強度的發光波長可落在530nm-600nm範圍內，亦可應用到藍光發光二極體，使其最大光強度的發光波長可落在400nm-500nm範圍內。
參考圖5，本發明的固態白光器件50包括一第一電路板51、一第二電路板52、一氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及一寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54。該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54設置於該第一電路板51上，並且該第一電路板51提供該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54的正電極與外界正電源電連接，該第二電路板52提供該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54的負電極與外界負電源電氣連接。
將該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54封裝在一起，使藍光與藍光互補色混光，以產生白光。由於該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54具有如上述第一至第四實施例的結構，以調節量子點的尺寸大小或銦含量的多少，控制量子點特性分布不均勻，以增加其發光波長。故本發明的固態白光器件50可產生高發光強度兼具可調節各種色溫的高演色性的白光。
該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54的最大光強度的發光波長可為落在530nm-600nm範圍內的黃光，且其半高寬為20-150nm。由於該寬頻譜發光波段涵蓋人眼最敏感的可見光波段，且本發明的固態白光器件50具有兩個發光二極體53、54因而可大大增加白光的光強度。而且，由於發光二極體54的寬頻譜分布則可進一步提升演色性。
在封裝製備上，由於本發明的固態白光器件50所利用的該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54皆為氮化鋁銦鎵材料，因此其驅動電壓、熱穩定性、可靠度、ESD阻抗特性皆相仿。故將該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54封裝在一起時，可大幅降低封裝成本與提高封裝器件的可靠度。
因此，本發明的固態白光器件將可用來取代或提供目前公知的各種色溫的白光器件，例如可用於攜帶性電子產品的白光背光源、車燈、造景燈、裝飾燈等相關白光器件。
參考圖7所示，以一實施例說明，其中曲線71為氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的強度及頻譜分布曲線；曲線72為具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體的強度及頻譜分布曲線。如圖所示，該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體，其最大光強度(強度為0.6)的發光波長為460nm，其半高寬(最大光強度的一半，亦即強度為0.3的波長範圍)為20nm(450nm-470nm)。該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體不具有寬頻譜的特性。該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光色互補色發光二極體用於產生黃光，且可控制其最大光強度(強度為1)的發光波長為585nm，且其半高寬(最大光強度的一半，亦即強度為0.5的波長範圍)為90nm(540nm-630nm)，故具有寬頻譜的特性。將該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵黃光發光二極體封裝在一起，使藍光與黃光混光，可產生白光。
在圖7的實施例中，該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的最大光強度(0.6)小於該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵黃光發光二極體的最大光強度(1)，可使得該藍光與黃光混光所產生的白光為暖色溫(warm colortemperature)的白光。因此，通過調整該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體與該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵黃光發光二極體的最大光強度的大小及比例，可調節出暖色溫、冷色溫(cold color temperature)或一般日照色溫的白光。
再參考圖8所示，其中曲線81為國際照明會議(CIE，CommissionInternational de l chairage＝International commission on Illumination)曲線，曲線82為黑體曲線(Black Body Locus)。將藍光的最大光強度的發光波長460nm與黃光的最大光強度的發光波長585nm連成一直線83，交於該黑體曲線82的2000K至3000K之間，故上述實施例中的固態白光器件屬於暖色溫的白光。但由於本發明的具有寬頻譜的黃光氮化鋁銦鎵發光二極體的最大光強度的發光波長可落在530nm-600nm範圍內，所以，可以根據需要調節得到暖色溫或冷色溫(其黑體曲線大於10000K)等各種色溫的白光。
另外，由於該具有寬頻譜的黃光氮化鋁銦鎵發光二極體的半高寬為90nm(540nm-630nm)，且該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的半高寬為20nm(450nm-470nm)。將波長540nm與波長470nm連成一直線84，且將波長630nm與波長450nm連成一直線85，在直線84與直線85的區域內可涵蓋相當廣闊的白光區域，因此本發明的固態白光器件具有極佳的演色性。
與現有技術敘述中的第一種公知的白光器件結構比較，該第一種公知的白光器件是利用藍光發光二極體及黃色螢光粉混光而產生白光，並且參考圖9所示，其中曲線91為國際照明會議曲線，曲線92為黑體曲線。該公知白光器件的該藍光發光二極體的最大光強度的發光波長為460nm，而該黃色螢光粉的最大光強度的發光波長為560nm，將之連成一直線93，交於該黑體曲線92的10000K區域附近，故該公知白光器件是屬於冷色溫的白光，並且受限於上述結構及條件，該公知白光器件也只能產生冷色溫的白光，而不能通過調節而得到暖色溫的白光。
為達到更佳的白光效果，可使該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53具有如上述第一至第四實施例的結構，使該藍光發光二極體的最大光強度的發光波長在400nm-500nm範圍內，且其半高寬為20-100nm。在該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體53及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體54均具有寬頻譜的情形下，使本發明的固態白光器件具有較佳的色溫調控及高色彩飽和度。
參考圖6，其顯示本發明的固態白光器件60的示意圖。固態白光器件60包括一氮化鋁銦鎵藍光發光二極體61、一寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體62、一第一電極64及一第二電極65。該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體61及該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體62封裝在第一電極64的電路板上。為增加所產生的白光效果，可在封裝時充入螢光粉63，該螢光粉63可為紅光螢光粉、綠光螢光粉或者是紅光螢光粉與綠光螢光粉混合的螢光粉。使得紅光螢光粉或綠光螢光粉與藍光及藍光互補色混光產生白光，且由於本發明的固態白光器件60具有兩個發光二極體61、62，所以，可以提高發光強度且具有高演色性。
另外，本發明的固態白光器件可利用紅、藍、綠三個發光二極體一起封裝，使藍光、紅光與綠光混光以產生白光。該固態白光器件包括一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光發光二極體、一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵紅光發光二極體及一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠光發光二極體。該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠、藍、紅光發光二極體具有如上述第一至第四實施例的結構，具有寬頻譜的特性。
該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵紅光發光二極體的最大光強度的發光波長可落在560nm-650nm範圍內。該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠光發光二極體的最大光強度的發光波長可落在490nm-560nm範圍內。該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的最大光強度的發光波長可落在400nm-490nm範圍內。該具有寬頻譜的紅光發光二極體及該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠光發光二極體的半高寬均為20-150nm。該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的半高寬為20-100nm。利用上述紅、藍、綠三個發光二極體一起封裝以形成固態白光器件，可提高發光強度並可調控色溫及其演色性。
本發明的固態白光器件還可利用一紫外光發光二極體、藍光螢光粉及一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體一起封裝，使藍光螢光粉與藍光互補色混光以產生白光。由於附加該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體，因此可以提升整體的光強度，改善公知技術中僅有一個紫外光發光二極體而導致光強度不足的缺點。並且，該寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體具有如上述第一至第四實施例的結構，具有寬頻譜的特性，故可調控色溫及演色性。
在上述結構中，除可加入藍光螢光粉外，還可加入紅光螢光粉、綠光螢光粉或紅光螢光粉與綠光螢光粉混合的螢光粉，使得紅光螢光粉或綠光螢光粉與藍光螢光粉及藍光互補色混光產生白光，從而可進一步調控色溫及演色性。
上述實施例僅為說明本發明的原理及其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術的人士可在不違背本發明的精神的範圍內對上述實施例進行修改及變化。本發明的權利範圍應如後述的申請專利範圍所列。
附圖標記說明10第一實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體11基板12緩衝層13N型包覆層14量子點發光層141、142、143量子點144第一阻擋層145第二阻擋層15P型包覆層16、17電極20第二實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體21第一量子點發光層213第一阻擋層214第二阻擋層22第二量子點發光層223第一阻擋層224第二阻擋層
23第三量子點發光層211、212、221、222、231、232量子點30第三實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體31第一量子點發光層313第一阻擋層314第二阻擋層32第二量子點發光層33第三量子點發光層311、312、321、322、331、332量子點40第四實施例具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體41第一量子點發光層414第一阻擋層415第二阻擋層42第二量子點發光層43第三量子點發光層411、412、413量子點50固態白光器件51第一電路板52第二電路板53氮化鋁銦鎵藍光發光二極體54具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體60固態白光器件61氮化鋁銦鎵藍光發光二極體62具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體63螢光粉64第一電極65第二電極
權利要求
1.一種具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體，包括一基板；一緩衝層，形成於該基板上；一N型包覆層，形成於該緩衝層上；至少一量子點發光層，形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，這些量子點的特性分布不均勻，從而增加該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬；及一P型包覆層，形成於該量子點發光層之上。
2.如權利要求1的發光二極體，其中所述量子點的大小不同，從而使所述量子點的特性分布不均勻。
3.如權利要求1或2的發光二極體，其中所述量子點的銦含量不同，從而使所述量子點的特性分布不均勻。
4.如權利要求1的發光二極體，其中該量子點發光層還包括一第一阻擋層及一第二阻擋層，該第一阻擋層位於所述量子點的下，該第二阻擋層形成於所述量子點之上，該第一阻擋層及該第二阻擋層的能隙均大於所述量子點的能隙。
5.如權利要求4的發光二極體，其中該第一阻擋層與該N型包覆層為相同結構，而成為該N型包覆層的一部分，該第二阻擋層與該P型包覆層為相同結構，而成為該P型包覆層的一部分。
6.如權利要求1的發光二極體，包括多個量子點發光層，每一量子點發光層具有多個量子點，所述量子點發光層的特性分布不均勻，從而增加所述量子點發光層的發光波長頻譜半高寬。
7.如權利要求6的發光二極體，其中所述量子點發光層的所述量子點的大小不同，從而使所述量子點發光層的特性分布不均勻。
8.如權利要求6或7的發光二極體，其中所述量子點發光層的所述量子點的銦含量不同，從而使所述量子點發光層的特性分布不均勻。
9.如權利要求6的發光二極體，其中每一量子點發光層還包括一第一阻擋層及一第二阻擋層，該第一阻擋層位於所述量子點之下，該第二阻擋層形成於所述量子點之上，該第一阻擋層及該第二阻擋層的能隙均大於所述量子點的能隙。
10.如權利要求9的發光二極體，其中二相鄰阻擋層的材料結構相同，以省略二相鄰阻擋層中之一，而為一阻擋層。
11.如權利要求9的發光二極體，其中控制該第一阻擋層或該第二阻擋層的結構成分比例，使該第一阻擋層或該第二阻擋層為多個不同成分比例的阻擋層。
12.如權利要求1的發光二極體，其中該發光二極體的最大光強度的發光波長在530nm-600nm範圍內。
13.如權利要求1的發光二極體，其中該發光二極體的最大光強度的發光波長在400nm-500nm範圍內。
14.一種固態白光器件，包括一氮化鋁銦鎵藍光發光二極體；及一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體，其與該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體封裝，使藍光與藍光互補色混光以產生白光，該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體包括；一基板；一緩衝層，形成於該基板上；一N型包覆層，形成於該緩衝層上；至少一量子點發光層，形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，所述量子點的特性分布不均勻，從而增加該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬；及一P型包覆層，形成於該量子點發光層之上。
15.如權利要求14的固態白光器件，其中該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體的半高寬為20-150nm。
16.如權利要求14的固態白光器件，其中該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體的最大光強度的發光波長在530nm-600nm範圍內。
17.如權利要求14的固態白光器件，其中該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體包括一基板；一緩衝層，形成於該基板上；一N型包覆層，形成於該緩衝層上；至少一量子點發光層，形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，所述量子點的特性分布不均勻，從而增加該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬；及一P型包覆層，形成於該量子點發光層之上。
18.如權利要求17的固態白光器件，其中該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的最大光強度的發光波長在400nm-500nm範圍內。
19.如權利要求17項的固態白光器件，其中該氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的半高寬為20-100nm。
20.如權利要求14的固態白光器件，還包括紅光螢光粉，用以與所述氮化鋁銦鎵藍光發光二極體及所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體一起封裝，使紅光螢光粉與藍光及藍光互補色混光以產生白光。
21.如權利要求14或20的固態白光器件，還包括綠光螢光粉，用以與所述氮化鋁銦鎵藍光發光二極體及所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體一起封裝，使綠光螢光粉與藍光及藍光互補色混光以產生白光。
22.一種固態白光器件，包括一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光發光二極體；一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵紅光發光二極體；及一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠光發光二極體，其與該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光發光二極體及該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵紅光發光二極體一起封裝，使藍光、紅光與綠光混光以產生白光，該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍、綠、紅光發光二極體均包括；一基板；一緩衝層，形成於該基板上；一N型包覆層，形成於該緩衝層上；至少一量子點發光層，形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，所述量子點的特性分布不均勻，從而增加該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬；及一P型包覆層，形成於該量子點發光層之上。
23.如權利要求22的固態白光器件，其中所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵紅光發光二極體的最大光強度的發光波長在560nm-670nm範圍內。
24.如權利要求22的固態白光器件，其中所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠光發光二極體的最大光強度的發光波長在490nm-560nm範圍內。
25.如權利要求22的固態白光器件，其中所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的最大光強度的發光波長在400nm-490nm範圍內。
26.如權利要求22的固態白光器件，其中所述具有寬頻譜的紅光發光二極體及所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵綠光發光二極體的半高寬均為30-150nm。
27.如權利要求22的固態白光器件，其中所述氮化鋁銦鎵藍光發光二極體的半高寬為20-100nm。
28.一種固態白光器件，包括一紫外光發光二極體；藍光螢光粉；一具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體，其與該紫外光發光二極體及藍光螢光粉一起封裝，使藍光螢光粉與藍光互補色混光以產生白光，該具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體包括；一基板；一緩衝層，形成於該基板上；一N型包覆層，形成於該緩衝層上；至少一量子點發光層，形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，所述量子點的特性分布不均勻，從而增加該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬；及一P型包覆層，形成於該量子點發光層之上。
29.如權利要求28的固態白光器件，還包括綠光螢光粉，用以與所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體、所述紫外光發光二極體及藍光螢光粉一起封裝，使綠光螢光粉、藍光螢光粉與藍光互補色混光以產生白光。
30.如權利要求28或29的固態白光器件，還包括紅光螢光粉，用以與所述具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵藍光互補色發光二極體、所述紫外光發光二極體及藍光螢光粉一起封裝，使紅光螢光粉、藍光螢光粉與藍光互補色混光以產生白光。
全文摘要
本發明關於一種具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵發光二極體，其包括一基板、一緩衝層、一N型包覆層、至少一量子點發光層及一P型包覆層。該緩衝層形成於該基板上。該N型包覆層形成於該緩衝層上，用以提供電子。該量子點發光層形成於該N型包覆層上，該量子點發光層具有多個量子點，控制這些量子點的大小及銦含量，使這些量子點的特性分布不均勻，從而增加該量子點發光層的發光波長頻譜半高寬。該P型包覆層形成於該量子點發光層之上，用以提供空穴。利用本發明的發光二極體結構，可製作具有寬頻譜的氮化鋁銦鎵黃光發光二極體，其最大光強度的發光波長可落在530nm－600nm範圍內，半高寬為20nm～150nm。再與一氮化鋁銦鎵藍光發光二極體封裝成一固態白光器件，使藍光與黃光混光，可產生高發光強度兼具調節各種色溫的高演色性的白光。
文檔編號H01L33/00GK1612365SQ20031010477
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月30日 優先權日2003年10月30日
發明者陳政權, 陳銘章 申請人:新世紀光電股份有限公司