[发明专利]包括波长转换层的发光二极管及制造该发光二极管的方法

说明书

公开了一种包括波长转换层的发光二极管及制造该发光二极管的方法。发光二极管(100)包括：用于发射第一波长λsubgt;1/subgt;的光的结构(102)，该结构包括p‑n结(106、108)，在该p‑n结中布置有有源区(110)，该有源区包括包含在两个第一势垒层(114)之间的Insubgt;X1/subgt;Gasubgt;1‑X1/subgt;N的第一发射层(112)；转换结构(104)，该转换结构(104)被配置用于将由发射结构发射的光转换成与第一波长不同的第二波长，该转换结构(104)布置在发射结构上并包括第二Insubgt;X2/subgt;Gasubgt;1‑X2/subgt;N发射层，该第二Insubgt;X2/subgt;Gasubgt;1‑X2/subgt;N发射层布置在两个第二势垒层之间，该两个第二势垒层各自包括通过GaN中间层彼此分开的多个Insubgt;X3/subgt;Gasubgt;1‑X3/subgt;N吸收层；其中，铟浓度Xsubgt;1/subgt;、Xsubgt;2/subgt;和Xsubgt;3/subgt;为使得0Xsubgt;1/subgt;Xsubgt;2/subgt;并且Eg(Insubgt;X2/subgt;Gasubgt;1‑X2/subgt;N)Eg(Insubgt;X3/subgt;Gasubgt;1‑X3/subgt;N)≤h*c/λsubgt;1/subgt;。

技术领域

本发明涉及包括一个或多个量子阱的发光二极管(称为LED)的领域以及包括这样的LED的显示装置的领域。本发明有利地涉及被配置用于发射绿光和/或红光的LED。

背景技术

为了制造发射绿色光(其对应于介于约500nm至580nm之间或例如525nm或530nm量级的光发射)的LED，已知的是，使用均被布置在两个GaN势垒层之间的InGaN发射层来形成量子阱。

然而，由于发射层中的铟的量增加时产生的InGaN的质量退化的事实，这样的LED不是非常有效(由于当发射层中的铟的比例增加时InGaN和GaN之间的晶格参数的差异增大)。

克服该问题的一种方式是使用包括第一部分的LED，该第一部分形成被配置用于发射例如在约440nm至450nm之间的波长的蓝色光的发射结构，该第一部分耦接至第二部分，该第二部分形成用于对由发射结构发射的光进行波长转换的结构并且包括将蓝光转换为绿光的转换层。发射蓝光的这样的发射结构可以由量子阱制造，其中，发射层包含具有约16％的铟水平或浓度的InGaN，并且其中，势垒层包括GaN。转换层也可以包括量子阱。

在直接发射式显示装置的情况下，这种方法特别受人关注，因为直接发射式显示装置可能使得能够通过较小厚度转换蓝光。例如，在设置有以约10μm的间距制成的像素的微型屏幕的情况下，将蓝光转换为绿光通过约10μm的厚度进行。

为了制作这样的转换层，可以使用GaN/InGaN量子阱。然而，这样的转换层面临两个问题：

-首先，在转换结构内，对由发射结构发射的蓝光的吸收仅在InGaN发射层中进行。由于这些发射层具有低的厚度，所以蓝光被弱吸收。由于由转换层接收的光的这种低吸收，为了转换由LED发射并由转换层接收的入射蓝光的至少80％，有必要使用至少20个InGaN量子阱，每个量子阱均具有约3nm的厚度。有了这样多的量子阱，InGaN的质量会下降，就像在厚InGaN层中一样。此外，这种高数量的限制能级扩大了发射波长带，并且还引起了由第一阱旁边的第二阱对由第一阱发射的光的再次吸收的问题。

-此外，为了发射波长为约525nm的绿光，转换结构的InGaN发射层中的铟的水平或浓度等于约25％。使用这样的浓度，在发射层的InGaN和其上制有发射层的势垒层的GaN之间存在很强的晶格参数差异。因此产生的发射层质量非常差。

因此，使用这样的GaN/InGaN量子阱，转换层是效率低的，获得的转换效率(所吸收的光子数量与在所需波长再发射的光子数量之比)小于20％。