[发明专利]用于产生任意颜色的半导体发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光器件的设计。更具体而言，本发明涉及一种可产生任意颜色发光的新型半导体发光器件。

背景技术

期待固态照明引领下一代照明和显示技术。除了新兴的应用如作为显示器件的光源及替代传统照明的灯泡之外，发光二极管(LED)可直接应用于面板显示。LED主动显示具有闪频时间更短，可视角度更大及能耗更低的优点。

LED产生的光线来自有源区。有源区“夹于”受主掺杂层(p-型掺杂层)和施主掺杂层(n-型掺杂层)之间。当LED被施以正向电压时，载流子，包括来自p-型掺杂层的空穴和来自n-型掺杂层的电子，在有源区复合。在直接带隙材料中，这种复合过程释放出光子或光线形式的能量，其中发光波长对应于有源区内材料的带隙能量。

取决于衬底材料和半导体层堆叠的设计，LED可形成两种结构，也就是横向电极结构(两个电极位于衬底的同侧)和垂直电极结构(两个电极位于衬底的两侧)。图1A图示了典型垂直电极LED的横截面视图，其包括导电衬底层102，n-型掺杂层104，多量子阱(MQW)有源层106，p-型掺杂层108，与导电衬底层连接的p-侧电极110，以及与n-型掺杂层104连接的n-侧电极112。

垂直电极结构使器件封装更容易。此外，因为两个电极位于器件的两侧，所以垂直电极LED抗静电释放的能力更强。因此，与横向电极LED相比，垂直电极LED具有更高的稳定性。这一点对于大功率，短波长LED来说尤为重要。

LED制造技术的近期发展使得应用GaN基Ⅲ-Ⅴ化合物半导体，包括AlGaN，InGaN，InGaAlN和GaN，作为短波长LED的材料成为可能。这些GaN基LED将LED的发射光谱拓宽至绿，蓝及紫外区域。

为了拓宽LED的发光光谱，提出了许多新的方法，包括在短波长LED如蓝光LED上面的颜色(波长)转换层。图1B图示了这样一种器件的横截面视图，颜色转换层114在n-型层104和n-侧电极112上沉积。应注意的是有些时候颜色转换层可以是LED封装的一部分。LED的颜色转换层组成能改变LED的发射光谱。例如，发射光谱最初在由MQW结构决定的蓝光范围内的LED经颜色转换后，能发射红光或绿光。

颜色转换层可应用荧光粉。这样一种方法利用荧光粉的光致发光特性，即被光激发时，发射出基于荧光粉化学组成的不同波长(颜色)的光。例如，红色荧光粉可被LED发射出的更短波长的蓝光激发并因此发射红光。类似地，绿色荧光粉被相同的蓝光激发发射出绿光。

对于使用荧光粉来改变LED的颜色，特别是制造发射白光的LED，已有多种技术提出。例如，U.S.专利申请公开号2005/0168127提出在激发光源的周围涂上荧光粉，通过依照激发光源的波长优化荧光粉的组成，LED可形成并发射白光。此外，U.S.专利申请公开号2005/0230693提出，往既有绿光发光层又有蓝光发光层的LED封装材料内加红色荧光粉，可形成红，蓝和绿波长组成的三种发光光谱的单一芯片LED。尽管如此，因为每个封装的LED的颜色是预定的且不能动态调整，所以上述两种技术并不适用于形成彩色面板LED显示。另外，应用已封装的LED作为单色像素经常导致填充因数降低，进而使显示器产生不期望的“屏幕门”现象。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种半导体发光器件。发光器件包括导电衬底和位于导电衬底上的多层半导体结构。所述多层半导体结构包括第一掺杂半导体层，位于所述第一掺杂半导体层上的第二掺杂半导体层，以及位于所述第一和第二掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)有源层。所述多层半导体结构被沟槽分隔形成多个独立的发光台面。至少一个所述发光台面包括颜色转换层。

在该实施的一个变型中，所述导电衬底包括下列材料的至少一种：Si，GaAs，GaP，Cu，以及Cr。

在该实施例的一个变型中，所述第一掺杂半导体层为包括Mg掺杂GaN的p-型掺杂半导体层。

在该实施例的一个变型中，所述第二掺杂半导体层为包括Si掺杂GaN的n-型掺杂半导体层。

在该实施例的一个变型中，所述MQW有源层包括GaN和InGaN。

在该实施例的一个变型中，所述颜色转换层包括荧光粉。

在该实施例的一个变型中，不同的所述发光台面发射不同颜色的光。

在该实施例的另一变型中，所述发光台面发射红光，绿光及蓝光。

在该实施例的另一变型中，所述发光器件包括与所述导电衬底连接的第一电极；与多个所述发光台面的所述第二掺杂半导体层连接的多个电极，其中所述多个电极可独立控制。

附图说明