专利名称：白光光源的产生方法，白光发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体光电元件，特别是涉及一种白光发光二极管(white light emitting diode，LED)。
背景技术：
发光二极管(light emitting diode，LED)为1960年代所发展的一种特殊的半导体二极管形式。最简单的发光二极管(LED)型态包括由p-型半导体与n-型半导体与之间所形成的pn结(pnjunction)。当电流通过上述pn结时，便产生电荷载子(charge-carrier)，即电子与空穴。于此过程中，电子与空穴结合而以光子(photon)形式释放出能量。现今的高效能发光二极管(LED)包括一或多层的发光层，夹置于p-型与n-型半导体区域之间，以改善发光效能。上述一或多层的发光层以可获致所欲的发光波长。发光二极管(LED)元件的基本结构包括小块的上述材料叠层，通称做晶粒(die)。晶粒可置于框架或基板(baseboard)上，供电性接触或机械性承载，并且胶封以保护。
就发光二极管(LED)而言，其发光波长决定于发光材料层的能隙(band-gap)的能量差。适合作为发光层的材料之一为化合物半导体，具有相对应于近红外线(near infrared(IR))、可见光、或近紫外光(UV)的能隙(band-gap)。铟磷化铝镓(aluminum gallium indium phosphide，AlGaInP)典型用于发光二极管(LED)的材料之一，因其具有高量子发光效能，即高亮度，与可调变颜色的特性。(AlxGa1-x)1-yInyP合金系统的能隙变化，随着化合物中x与y值而定。AlGaInP发光二极管的颜色范围介于绿光至红光之间。AlGaInP发光二极管必须制作于晶格匹配的砷化镓(gallium arsenide，GaAs)基板上，利用外延成长工艺，例如有机金属化学气相沉积法(MOCVD)形成。
于1990年代，氮化镓(gallium nitride，GaN)的紫光、蓝光及绿光LED相继被研发出。氮化镓(GaN)为直接能隙半导体，其能隙的能阶差值大抵为3.4电子伏特(eV)。于氮化镓(GaN)中电子-空穴再结合所发出光子的波长为360nm，亦即于紫外光(UV)的范围。可见光波长(绿光、蓝光、与紫光)的LED可使用由InzGa1-zN作为发光层，且夹置于P-型GaN层与N-型GaN层之间。InzGa1-zNLED系统的发光波长λ变化，随着化合物中z值而定。例如，对纯蓝光(波长λ＝470nm)而言，z值等于0.2。同样地，氮化镓(GaN)发光二极管必须制作于晶格匹配的蓝宝石(sapphire)或碳化硅(SiC)基板上，利用外延成长工艺，例如有机金属化学气相沉积法(MOCVD)形成。
许多现有技艺的研发致力于以白光LED取代传统的光源。目前白光LED可由以下各种方式达成(1)设置分离独立的红光、绿光、及蓝光LED于一“光源”中，并且通过各种光学元件混合上述分离独立LED所发出的红光、绿光、及蓝光。然而，由于不同颜色的LED所需的操作电压不同，因而需要多重控制电路。更有甚者，不同颜色的LED的寿命亦彼此不同。长时间使用后，当有LED退化或失效，其混合的光也会明显的改变。
(2)通过磷光材料将部分短波长的光转换成长波长的光。最常使用的方法之一即将黄色磷光粉设置于蓝光InGaN LED芯片的周围。黄色磷光粉的材料为铯(Ce)掺杂于钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet)晶体中，即(YAG:Ce)。部分的InGaN LED芯片所发出的蓝光被YAG:Ce转换成黄光。然而，上述方法所产生的白光仅包含两种颜色蓝光与黄光。此种光源适用于指示灯。
(3)为产生具三元色的白光，利用极短波长LED所产生的UV光以激发多磷光材料产生不同颜色的光混合。此方法的缺点为UV LED的寿命相对其他LED短。尤有甚者，LED所发出UV光对人体有害，目前大部分的封装材料仍无法完全有效的阻隔UV辐射。
现有技术中以发展出许多具高效能及色度佳的白光LED光源。Guo等人于“Photon-Recycling for High Brightness LEDs”，compound semiconductor6(4)May/June，2000中揭露光子再利用的概念以产生高亮度的白光LED。光子再利用为一种短波长的光子被一种发射材料吸收的过程，上述发射材料能再释放出长波长的光子。基本上，光子再利用半导体(photon recyclingsemiconductor，PRS)发光二极管(LED)可有效的发出白光亮度至330lumen/watt。然而，PRS-LED的缺点为其极低的色彩转换指数(color-renderingindex)。
Guo等人所提供的双色PRS-LED包括一第一色光源及一第二色光源。该第二色光源具有一第二发光层。该第一色光源用以产生蓝光。产生的蓝光指向该第二发光层，致使部分的蓝光被吸收且在再发光(re-emitting)的过程中产生黄光。基本上，PRS-LED所产生的双色光子类似于磷光材料涂布的LED。然而，不同于磷光材料涂布的LED是该第二发光源包括磷光半导体材料(AlGaInP)，直接键结于第一发光源晶片上。因此，于晶片上直接制作双色PRS-LED得以实现。图1显示根据现有技术的PRS-LED结构的剖面示意图。于图1中，PRS-LED结构1包括一透明基板18，例如蓝宝石基板。第一色光源及第二色光源该蓝宝石基板的相对面上。该第一色光源包括一p-型GaN层12、一由InGaN所构成的有源层14、及一n-型GaN层16，上述各层利用外延成长于该蓝宝石基板18上。该第二色光源包括AlGaInP层22。该AlGaInP层外延成长于一GaAs基板(未图示)上，然后黏结材料20黏结于该蓝宝石基板18上。该GaAs基板后续藉化学辅助研磨(chemical-assistedpolishing)法及选择性湿蚀刻法移除。接着，于图案化该第一色光源之后，由铝(Al)所构成的n-型接触36，沉积于n-型GaN层16区域上，以及p-型接触32，沉积于p-型GaN层12区域上。
第一色光源的输出由电流注入有源层14所产生，第一色光源的波长大抵为470nm(蓝光)。于操作时，部分的第一色光源所发出的光子被AlGaInP层22吸收，并且再发光(或再利用)成具有较长波长的光子型态。而该AlGaInP层22的组成可选用能使“再发光”光子型态的波长大抵为570nm(黄光)。由于第一色光源与第二色光源的发光颜色为互补，因此结合后的光输出对人的肉眼而言为白光。就上述PRS-LED的结构而论，所发出的白光包括470nm的蓝光及570nm的黄光，其中并不包含650nm红光。
上述现有技术所产生的混合光，对人的肉眼而言虽为白光。然而，混合光并不具备高品质彩色显示器，例如液晶显示器(LCD)所需色度，因此仍不足以用做液晶显示器的背光源。
因此，业界极需一种能制作包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色波长元件的半导体光源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种白光光源的产生方法，能发出三色波长混合的白光的半导体发光元件。
本发明的另一目的在于提供白光发光元件，整合光子再利用半导体型发光二极管(PRS-LED)以发出三色波长混合的白光。
本发明的又一目的在于提供一种白光发光元件的制造方法，整合光子再利用半导体型发光二极管(PRS-LED)提高白光光源的发光效率。
根据上述目的，本发明提供一种白光光源的产生方法，该白光光源包括至少一具有第一波长的第一色光成分、一具有第二波长的第二色光成分、及一具有第三波长的第三色光成分，且该第一波长较该第二波长短，该第二波长较该第三波长短，该产生方法包括下列步骤提供至少一第一发光元件，该第一发光元件包括一第一光源以发出该第一色光成分，及一第二光源以发出一部分的该第三色光成分，该部分的该第三色光成分转换自该第一色光成分；设置至少一第二发光元件，邻近该第一发光元件，该第二发光元件包括一第三光源以发出该第二色光成分，及一第四光源以发出一部分的该第三色光成分，该部分的该第三色光成分转换自该第二色光成分；以及结合该第一发光元件所发出的第一色光成分及该部分的该第三色光成分与该第二发光元件所发出的第二色光成分与该部分的该第三色光成分，以产生该白光。
根据上述目的，本发明还提供一种白光发光元件，其发出的白光具有至少一第一波长的第一色光成分、一第二波长的第二色光成分、及一第三波长的第三色光成分，且该第一波长较该第二波长短，该第二波长较该第三波长短，该发光元件包括一封装板；一第一发光元件设置于该封装板上，该第一发光元件包括一第一光源以发出该第一色光成分，及一第二光源以发出一部分的该第三色光成分，该部分的该第三色光成分转换自该第一色光成分；以及一第二发光元件设置于该封装板上，邻近该第一发光元件，该第二发光元件包括一第三光源以发出该第二色光成分，及一第四光源以发出一部分的该第三色光成分，该部分的该第三色光成分转换自该第二色光成分。
根据上述目的，本发明又提供一种白光发光元件的制造方法，包括形成一第一色光LED结构于一第一透明基板上；形成一第二色光LED结构于一第二透明基板上；分别移除部份的该第一与第二透明基板以降低厚度；形成一第三色光发光层于一半导体基板上；将该第三色光发光层黏结于该第一与第二透明基板的另一面，以分别形成一第一-第三色光发光层结构及一第二-第三色光发光层结构；将该半导体基板自黏结后的结构中移除；图案化第三色光发光层以形成多个微结构；将该黏结后的该第一-第三色光发光层结构及黏结后的该第二-第三色光发光层结构切割成小的晶粒；将至少一第一-第三色光发光层结构的晶粒与一第二-第三色光发光层结构的晶粒镶于一封装板上；以及提供电性接触部电连接各个第一-第三色光发光层结构的晶粒与第二-第三色光发光层结构的晶粒。
根据上述目的，本发明再提供一种白光发光元件的制造方法，包括形成一第一色光LED结构于一第一透明基板上；形成一第二色光LED结构于一第二透明基板上；分别移除部份的该第一与第二透明基板以降低厚度；形成一第三色光发光层于一半导体基板上；分别将该第三色光发光层黏结于该第一色光LED结构层及该第二色光LED结构层上，以分别形成一第一-第三色光发光层结构及一第二-第三色光发光层结构；将该半导体基板自黏结后的结构中移除；将该黏结后的第一色光LED结构与第二色光LED结构图案化并提供电性接触部；图案化该第三色光发光层成所欲的微结构；将该黏结后的第一-第三色光发光层结构及黏结后的第二-第三色光发光层结构切割成小的晶粒；将至少一第一-第三色光发光层结构的晶粒与一第二-第三色光发光层结构的晶粒镶于一封装板上；以及提供电性接触部电连接各个第一-第三色光发光层结构的晶粒与第二-第三色光发光层结构的晶粒。
以下配合图式以及优选实施例，以更详细地说明本发明。
图1为显示现有技术的光子再利用半导体型发光二极管(PRS-LED)结构的剖面示意图；图2A～2H为显示根据本发明第一实施例的双色LED各工艺步骤的剖面示意图；图3A～3E为显示根据本发明第一实施例的图案化AlGaInP层的各种样态；其中，图3A为显示将AlGaInP层蚀刻成两阶状微圆柱阵列，图3B为显示将AlGaInP层蚀刻成单阶状微圆柱阵列，图3C为显示单阶状微圆柱的底部可大于其顶部，图3D为显示单阶状微圆柱的顶部亦可大于其底部，以及图3E为显示两阶状微圆柱由不同AlGaInP成分所构成两层；图4A为显示根据本发明第一实施例的白光发光元件的剖面示意图，其中两个双色LED皆具图案化的AlGaInP层；图4B为显示根据本发明第一实施例的白光发光元件的剖面示意图，其中仅有一双色LED具图案化的AlGaInP层；图4C为显示根据本发明第一实施例的白光发光元件的剖面示意图，其中各个双色LED上的AlGaInP层皆为未蚀刻层；图5为显示根据本发明第一实施例制作白光发光元件的制造流程图；图6A至6G为显示根据本发明第二实施例的双色LED的工艺剖面示意图；图7A为显示根据本发明第二实施例的白光发光元件的剖面示意图，其中两个双色LED皆具图案化的AlGaInP层；图7B为显示根据本发明第二实施例的白光发光元件的剖面示意图，其中仅有一双色LED具图案化的AlGaInP层；图7C为显示根据本发明第二实施例的白光发光元件的剖面示意图，其中各个双色LED上的AlGaInP层皆为未蚀刻层；以及图8为显示根据本发明第二实施例制作白光发光元件的制造流程图。简单符号说明现有部分(图1)1～光子再利用半导体型发光二极管(PRS-LED)结构；12～p-型GaN层；14～有源层；16～n-型GaN层；18～透明基板；20～黏结层；22～AlGaInP层；32～p-型接触；36～n-型接触。
本发明部分(图2A～8)100a、100a’、100b、105、105’、105a、105a’～LED晶粒；112～p-型GaN层；114～蓝光发光层；114’～绿光发光层；116～n-型GaN层；118～蓝宝石基板；120～黏着层；122、122’～AlGaInP层；122a、122a’～图案化的AlGaInP层；123a、123b～不同组成的AlGaInP层；128～GaAs晶片基板；132～p-型接触；136～n-型接触；300、400～白光发光元件；142、146、152、154、156、158～电性接触部；162、164、166、167、168～焊线；172、174、及176～导电部；180、190～基板；500～制造流程图；510-590～工艺步骤；600～制造流程图；610-690～工艺步骤。
具体实施例方式
为达成于白光光源中包含红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色光，本发明实施例提供至少两独立的双色LED。一第一双色LED发出红光及蓝光，以及一第二双色LED发出红光及绿光。就其本身而论，混合之后的光包括红光、绿光、及蓝光。本发明提供由两种不同的方法所形成的两种白光发光元件的实施例。
第一实施例图2A至2H为显示根据本发明第一实施例的双色LED的工艺剖面示意图。请参阅图2A，多层材料层沉积于一透明基板上，以形成一第一光源结构。于图2A中，一n-型GaN层116外延成长形成于一蓝宝石基板118上。一蓝光发光层114，例如InGaN外延成长形成于n-型GaN层116上。并且接着，一p-型GaN层112外延成长形成于InGaN层114上。接着，蚀刻上述材料层116、114、112以形成多个第一光源元件，如图2B所示。
请参阅图2C，提供多个电性接触部136于n-型GaN层116上，以及提供多个电性接触部132于p-型GaN层112上。接着，移除部份的蓝宝石基板118使其厚度降低约100nm，如图2D所示。
请参阅图2E，另一方面，一AlGaInP层122外延成长形成于GaAs晶片基板128上。接着，AlGaInP层122黏着于蓝宝石基板118的背面，例如使用旋布玻璃(spin-on-glass)法。一黏着层120形成于AlGaInP层122与蓝宝石基板118之间，如图2F所示。于此实施范例中，第一光源结构层112、114、与116选定为发蓝光。因此，AlGaInP层122吸收第一光源发出穿透蓝宝石基板118的蓝光，再发射出红光，由此AlGaInP层122则被选定为发红光做为第二光源。
接着，以湿蚀刻法，例如利用1NH4OH:1H2O2:10H2O溶液，移除GaAs基板128，以显露出AlGaInP层122，如图2G所示。接着，将处理后的结构切割成多个小晶粒100。各个晶粒100的高度决定于各材料层的厚度，其面积可为例如300nm×365nm。应注意的是，AlGaInP层122的厚度明显地影响双色LED晶粒100a的光输出及颜色。若AlGaInP层122的厚度太厚，蓝光因AlGaInP层122的吸收，会过度的降低。若AlGaInP层122的厚度太薄，AlGaInP层122吸收短波长的光子量太少，于再发光的过程中，无法发出足够量的红光。根据本发明的另一实施例，红光与蓝光相对量可通过选择性移除部份的AlGAInP层122而调整。请参阅图2H，以各种干蚀刻步骤图案化AlGaInP层122以形成图案化的AlGaInP层122a。接着，将处理后的结构切割成多个小晶粒100a。应注意的是，根据本发明实施例，各个小晶粒100或100a皆可作为白光发光元件中的蓝-红光发光构件。为制作绿-红光发光构件，可利用图2A至2H的步骤，除了InGaN层作为绿色发光层114’及，以及AlGaN层为编号122’，以将绿光吸收后，再发出红色光。
为了能有效地改进双色LED的发光效率，可使用多于一种图案化AlGaInP层122的方式。例如，可将AlGaInP层122蚀刻成阶梯状微圆柱阵列，如图3A所示，或微圆柱阵列，如图3B所示。该微圆柱亦可形成不同的形状。例如，微圆柱的底部可大于其顶部，如图3C所示。微圆柱的顶部亦可大于其底部，如图3D所示。图案化后的AlGaInP层以标号122’示之。应注意的是，阶梯状微圆柱可以形成为单一AlGaInP成分，如图3A所示。然而，阶梯状微圆柱亦可以形成为由不同AlGaInP成分所构成两层123a、123b，如图3E所示。例如，其中的一层发出630nm光，另一层发出670nm光。两层不同的组成可改善色度，致使白光发光元件的效能更加。应注意的是，第3A至3E图所示微圆柱的尺寸及形状仅用以说明本发明实施例，微圆柱并不必然为规则或特定的几何形状。蚀刻AlGaInP层122的目的在于调变双色光LED第一色光源与第二色光源的相对量。
图4A为显示根据本发明的实施例的白光发光元件300。于图4A中，白光发光元件300包括至少一蓝-红光LED 100a及一绿-红光LED 100a’。LED100a及100a’二者皆镶于不同的导电部172、174、及176于基板180上。电性接触部152、156与焊线(Wire Bond)构装162、166还进一步形成于基板180上，以提供一电流通过串联的LED。根据本发明的另一实施例，仅有一双色LED具图案化的AlGaInP层122a，如图4B所示。各个LED 100a及100a’上的AlGaInP层122亦可能为未蚀刻层，如图4C所示。
图5为显示根据本发明的实施例制作白光发光元件300的制造流程图500。于图5中，于步骤510中，形成一蓝光LED结构层于一蓝宝石基板上(请参阅图2A)，及形成一绿光LED结构层于另一蓝宝石基板上。于步骤520中，移除部份的蓝宝石基板以降低其厚度(请参阅图2D)。于步骤530中，形成一红光发光层于一半导体基板上(请参阅图2E)。于步骤540中，将红光发光层黏结于蓝宝石基板的另一面(请参阅图2F)，并且于步骤550中，将该半导体基板自黏结后的结构中移除(请参阅图2G)。一选择的步骤560，可选择是否将红光发光层图案化成所欲的图案(请参阅图2H)。于步骤570中，将该黏结后的蓝-红光发光层结构及黏结后的绿-红光发光层结构切割成小的晶粒。于步骤580中，将至少一蓝-红光发光层结构与一绿-红光发光层结构镶于一基底上，以及于步骤590中，提供电性接触部电连接各个晶粒(请参阅图4A至4C)。
第二实施例图6A至6G为显示根据本发明第二实施例的双色LED的工艺剖面示意图。请参阅图6A，多层材料层沉积于一透明基板上，以形成一第一光源结构。于图6A中，一n-型GaN层116外延成长形成于一蓝宝石基板118上。一蓝光发射层114，例如InGaN外延成长形成于n-型GaN层116上。并且接续一p-型GaN层112外延成长形成于InGaN层114上。
请参阅图6B，另一方面，一AlGaInP层122外延成长形成于GaAs晶片基板128上。接着，AlGaInP层122黏着于第一光源结构的p-型GaN层112上，如图6C所示。一黏着层120形成于AlGaInP层122与p-型GaN层112之间，如图6C所示。于此范例中，第一光源结构层112、114、与116选定为发蓝光。因此，AlGaInP层122吸收部分的第一光源发出的蓝光，再发射出红光，由此AlGaInP层122则被选定为发红光作为第二光源。
接着，以湿蚀刻法，例如利用1NH4OH:1H2O2:10H2O溶液，移除GaAs基板128，以显露出AlGaInP层122，如图6D所示。将湿蚀刻处理后的结构，还进一步蚀刻以形成多个双色LED构件，如图6E所示。接着，个别地形成电性接触部132、136于对应的p-型GaN层112与n-型GaN层116上，如图6F所示。接着，将处理后的结构切割成多个小晶粒105。根据本发明的另一实施例，红光与蓝光相对量可通过选择性移除部份的AlGaInP层122而调整。请参阅图6G，以各种干蚀刻步骤图案化AlGaInP层122以形成所欲的图案化AlGaInP层122a。接着，将处理后的结构切割成多个小晶粒105a。应注意的是，根据本发明实施例，各个小晶粒105或105a皆可作为白光发光元件中的蓝-红光发光构件。另外，可采取类似的方法，利用图6A至6G的步骤，制作绿-红光发光构件，除了以InGaN层作为绿色发光层114’之外，另以AlGaN层为编号122’，作为将绿光吸收，再发出红色光的第二光源。
图7A为显示根据本发明第二实施例的白光发光元件400。于图7A中，白光发光元件400包括至少一蓝-红光LED 105a及一绿-红光LED 105a’。LED 105a及105a’二者皆镶于基板190上。电性接触部154、158与焊线164、167、及168构装，还进一步形成于基底190上以及电性接触132、136，以提供一电流通过串联的LED。根据本发明的另一实施例，仅有一双色LED具图案化的AlGaInP层122a，如图7B所示。各个LED 105a及105a’上的AlGaInP层122亦可能为未蚀刻层，如图7C所示。
图8为显示根据本发明的实施例制作白光发光元件400的流程图600。于图6A至6G中，于步骤610中，形成一蓝光LED结构层于一蓝宝石基板上(请参阅图6A)，及形成一绿光LED结构层于另一蓝宝石基板上。于步骤620中，形成一红光发光层于一半导体基板上(请参阅图6B)。于步骤630中，将该红光发光层黏结于蓝光LED结构层上(请参阅图6C)，并且于步骤640中，将该半导体基板自黏结后的结构中移除(请参阅图6D)。于步骤650中，将该黏结后的第一色发光层与第二色发光层结构图案化并提供电性接触部(请参阅图6E及6F)。一选择的步骤660，可选择是否将红光发光层图案化成所欲的图案(请参阅图6G)。于步骤670中，将该黏结后的蓝-红光发光层结构及黏结后的绿-红光发光层结构切割成小的晶粒。于步骤680中，将至少一蓝-红光发光层结构与一绿-红光发光层结构镶于一基底上，以及于步骤690中，提供电性接触部电连接各个晶粒(请参阅图7A至7C)。
应注意的是，各个双色LED 100、105、100’、及105’具有一第一光源及一第二光源。于双色LED 100、100’中，该第一光源及第二光源设置于透明基板118的不同侧。为降低第一光源的光被透明基板118吸收而造成亮度损失，因此必须降低透明基板118的厚度至100μm。于双色LED 105、105’中，该第一光源及第二光源设置于透明基板118的同一侧，并且第二光源设置于第一光源的顶部。因此，并不需要降低透明基板118的厚度。
红光发光层122(例如图2E-4C及6B-6G)亦可以是GaxIn1-xP材料，其中0＜x＜1，优选者为0.3＜x＜0.7。更有甚者，p-型GaN层112为一空穴源，用以提供空穴至有源层114，且n-型GaN层116为一电子源，用以提供电子至有源层114，致使部分的空穴与部分的电子于有源层114相遇结合，进而发出蓝光或绿光。AlGaN于一些实施例中以可用以取代n-型GaN作为电子源层116。
根据本发明实施例，白光发光元件包括至少一蓝-红光LED及一绿-红光LED，上述LED间可电性串联连接。于本发明的一实施例中，双色LED包括一第一光源设置于一基板上，及一第二光源黏结于该第一光源上。应注意的是，根据本发明实施例，于一白光元件中可能有多于一个蓝-红光LED。
同样地，于一白光元件中亦可能有多于一个绿-红光LED。于白光元件中的双色LED数目，部分视所欲的白光强度而定，且部分视各RGB光构件中的相对强度。
本发明的优点在于提供白光光源的产生方法，白光发光元件包括至少一蓝-红光LED及一绿-红光LED，其间以电性串联连接。双色LED包括一第一光源设置于一基板上，及一第二光源黏结于该第一光源上。
于一白光元件中可能有多于一个蓝-红光LED。同样地，于一白光元件中亦可能有多于一个绿-红光LED。于白光元件中的双色LED数目，部分视所欲的白光强度而定，且部分视各RGB光构件中的相对强度。
并且，利用图案化AlGaInP层或形成两层不同的组成的AlGaInP层，可改善色度，致使白光发光元件的效能更加虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种白光光源的产生方法，该白光光源包括至少一具有第一波长的第一色光成分、一具有第二波长的第二色光成分、及一具有第三波长的第三色光成分，且该第一波长较该第二波长短，该第二波长较该第三波长短，该产生方法包括下列步骤提供至少一第一发光元件，该第一发光元件包括一第一光源及一第二光源，其中该第一光源发出该第一色光成分，该第二光源发出一部分的该第三色光成分，且该部分的第三色光成分转换自该第一色光成分；设置至少一第二发光元件，邻接该第一发光元件，该第二发光元件包括一第三光源及一第四光源，其中该第三光源发出该第二色光成分，该第四光源发出一部分的该第三色光成分，且该部分的该第三色光成分转换自该第二色光成分；以及结合该第一发光元件所发出的第一色光成分及该部分的该第三色光成分与该第二发光元件所发出的第二色光成分与该部分的该第三色光成分，以产生该白光。
2.如权利要求1所述的白光光源的产生方法，其中该第一光源包括一第一有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第一有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第一有源层致使部分的多个电子与部分的多个空穴于该第一有源层结合产生具第一波长的光；以及其中该第三光源包括一第二有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第二有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第二有源层致使至少部分的多个电子与至少部分的多个空穴于该第二有源层结合产生具第二波长的光。
3.如权利要求2所述的白光光源的产生方法，其中该第一与该第二有源层基本上由InGaN组成；该空穴源层基本上由p-型GaN组成；以及该电子源层基本上由n-型GaN组成。
4.如权利要求3所述的白光光源的产生方法，其中该第二光源以及该第四光源基本上由AlGaInP组成。
5.如权利要求3所述的白光光源的产生方法，其中该第二光源以及该第四光源基本上由GaxIn1-xP组成，其中0＜x＜1。
6.如权利要求3所述的白光光源的产生方法，其中该第二光源以及该第四光源基本上由GaxIn1-xP组成，其中0.3＜x＜0.7。
7.如权利要求1所述的白光光源的产生方法，其中该第一色光成分为蓝光、该第二色光成分为绿光及该第三色光成分为红光。
8.一种白光发光元件，其发出的白光具有至少一第一波长的第一色光成分、一第二波长的第二色光成分、及一第三波长的第三色光成分，且该第一波长较该第二波长短，该第二波长较该第三波长短，该发光元件包括一封装板；一第一发光元件设置于该封装板上，该第一发光元件包括一第一光源以发出该第一色光成分，及一第二光源以发出一部分的该第三色光成分，该部分的该第三色光成分转换自该第一色光成分；以及一第二发光元件设置于该封装板上，邻接该第一发光元件，该第二发光元件包括一第三光源以发出该第二色光成分，及一第四光源以发出一部分的该第三色光成分，该部分的该第三色光成分转换自该第二色光成分。
9.如权利要求8所述的白光发光元件，其中该第一发光元件的该第一光源包括一第一有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第一有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第一有源层致使至少部分的多个电子与至少部分的多个空穴于该第一有源层结合产生具第一波长的光；以及其中该第二发光元件的该第三光源包括一第二有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第二有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第二有源层致使至少部分的多个电子与至少部分的多个空穴于该第二有源层结合产生具第二波长的光。
10.如权利要求9所述的白光发光元件，其中该第一与该第二有源层基本上由InGaN组成；该空穴源层基本上由p-型GaN组成；以及该电子源层基本上由n-型GaN组成。
11.如权利要求10所述的白光发光元件，其中该第二光源以及该第四光源基本上由AlGaInP组成。
12.如权利要求8所述的白光发光元件，其中该第二光源以及该第四光源基本上由GaxIn1-xP组成，其中0＜x＜1。
13.如权利要求8所述的白光发光元件，其中该第二光源以及该第四光源基本上由GaxIn1-xP组成，其中0.3＜x＜0.7。
14.如权利要求9所述的白光发光元件，其中该第一有源层设置于该第一光源的电子源层与该空穴源层之间，该空穴源层设置于一第一透明基板的第一面上及该第二光源设置于该第一透明基板的第二面上；以及其中该第二有源层设置于该第三光源的该电子源层与该空穴源层之间，及该空穴源层设置于一第二透明基板的第一面上及该第四光源设置于该第二透明基板的第二面上。
15.如权利要求14所述的白光发光元件，其中该第二光源包括多个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod)，其中0.3＜x＜0.7。
16.如权利要求14所述的白光发光元件，其中各个该第二光源与第四光源包括多个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod)，其中0.3＜x＜0.7。
17.如权利要求14所述的白光发光元件，其中该第一发光元件中的第二光源包括由一第一AlGaInP层及一第二AlGaInP层所组成的多个微柱状结构(mirco-rod)，该第一AlGaInP层发出一第三波长光及该第二AlGaInP层发出另一第三波长光。
18.如权利要求14所述的白光发光元件，其中该第一发光元件中的该空穴源层、该第一有源层及该电子源层，以外延成长工艺依序的沉积在该第一透明基板上，以及该第一发光元件中的该第二光源藉一黏结层黏结该第一透明基板；以及其中该第二发光元件中的该空穴源层、该第二有源层及该电子源层，以外延成长工艺依序的沉积在该第二透明基板上，以及该第二发光元件中的该第四光源藉一黏结层黏结该第二透明基板。
19.如权利要求18所述的白光发光元件，其中该第一及第二透明基板包括一蓝宝石基板；该第一与该第二有源层基本上由InGaN组成；该空穴源层基本上由p-型GaN组成；该电子源层基本上由n-型GaN组成；以及该第二光源与第四光源基本上由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成，其中0.3＜x＜0.7。
20.如权利要求9所述的白光发光元件，其中该第一有源层设置于该第一发光元件的该电子源层与该空穴源层之间，该空穴源层设置于一第一透明基板上及该第一发光元件的第二光源设置于该第一发光元件的该电子源层上；以及其中该第二有源层设置于该第二发光元件的该电子源层与该空穴源层之间，该空穴源层设置于一第二透明基板上及该第二发光元件的第四光源设置于该第二发光元件的该电子源层上。
21.如权利要求20所述的白光发光元件，其中该第一与该第二有源层基本上由InGaN组成；该空穴源层基本上由p-型GaN组成；该电子源层基本上由n-型GaN组成；以及该第二光源与第四光源基本上由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成，其中0.3＜x＜0.7。
22.如权利要求8所述的白光发光元件，其中该第一色光成分为一蓝光、该第二色光成分为一绿光、以及该第三色光成分为一红光。
23.一种白光发光元件的制造方法，包括形成一第一色光LED结构于一第一透明基板上；形成一第二色光LED结构于一第二透明基板上；分别移除部份的该第一与第二透明基板以降低厚度；形成一第三色光发光层于一半导体基板上；将该第三色光发光层黏结于该第一与第二透明基板的另一面，以分别形成一第一-第三色光发光层结构及一第二-第三色光发光层结构；将该半导体基板自黏结后的结构中移除；图案化第三色光发光层以形成多个微结构；将该黏结后的该第一-第三色光发光层结构及黏结后的该第二-第三色光发光层结构切割成小的晶粒；将至少一第一-第三色光发光层结构的晶粒与一第二-第三色光发光层结构的晶粒镶于一封装板上；以及提供电性接触部电连接各个第一-第三色光发光层结构的晶粒与第二-第三色光发光层结构的晶粒。
24.如权利要求23所述的白光发光元件的制造方法，其中该第一色光LED结构包括一第一有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第一有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第一有源层；藉此，部分的多个电子与部分的多个空穴于该第一有源层结合产生具第一波长的光；以及其中该第二色光LED结构包括一第二有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第二有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第二有源层藉此，部分的多个电子与部分的多个空穴于该第二有源层结合产生具第二波长的光。
25.如权利要求24所述的白光发光元件的制造方法，其中该第一与该第二有源层基本上由InGaN组成；该空穴源层基本上由p-型GaN组成；以及该电子源层基本上由n-型GaN组成。
26.如权利要求23所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层基本上由AlGaInP组成。
27.如权利要求23所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层基本上由GaxIn1-xP组成，其中0.3＜x＜0.7。
28.如权利要求23所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层包括多个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod)，其中0.3＜x＜0.7。
29.如权利要求23所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层包括多个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod)，其中0.3＜x＜0.7。
30.如权利要求23所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层包括由一第一AlGaInP层及一第二AlGaInP层所组成的多个微柱状结构(mirco-rod)，该第一AlGaInP层发出一第三波长光及该第二AlGaInP层发出另一第三波长光。
31.一种白光发光元件的制造方法，包括形成一第一色光LED结构于一第一透明基板上；形成一第二色光LED结构于一第二透明基板上；分别移除部份的该第一与第二透明基板以降低厚度；形成一第三色光发光层于一半导体基板上；分别将该第三色光发光层黏结于该第一色光LED结构层及该第二色光LED结构层上，以分别形成一第一-第三色光发光层结构及一第二-第三色光发光层结构；将该半导体基板自黏结后的结构中移除；将该黏结后的第一色光LED结构与第二色光LED结构图案化并提供电性接触部；图案化该第三色光发光层成所欲的微结构；将该黏结后的第一-第三色光发光层结构及黏结后的第二-第三色光发光层结构切割成小的晶粒；将至少一第一-第三色光发光层结构的晶粒与一第二-第三色光发光层结构的晶粒镶于一封装板上；以及提供电性接触部电连接各个第一-第三色光发光层结构的晶粒与第二-第三色光发光层结构的晶粒。
32.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第一色光LED结构包括一第一有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第一有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第一有源层致使至少部分的多个电子与至少部分的多个空穴于该第一有源层结合产生具第一波长的光；以及其中该第二色光LED结构包括一第二有源层；一空穴源层以提供多个空穴至该第二有源层；及一电子源层以提供多个电子至该第二有源层致使至少部分的多个电子与至少部分的多个空穴于该第二有源层结合产生具第二波长的光。
33.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第一与该第二有源层基本上由InGaN组成；该空穴源层基本上由p-型GaN组成；以及该电子源层基本上由n-型GaN组成。
34.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层基本上由AlGaInP组成。
35.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层基本上由GaxIn1-xP组成，其中0.3＜x＜0.7。
36.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层包括多个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod)，其中0.3＜x＜0.7。
37.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层包括多个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod)，其中0.3＜x＜0.7。
38.如权利要求31所述的白光发光元件的制造方法，其中该第三色光发光层包括由一第一AlGaInP层及一第二AlGaInP层所组成的多个微柱状结构(mirco-rod)，该第一AlGaInP层发出一第三波长光及该第二AlGaInP层发出另一第三波长光。
全文摘要
本发明提供一种白光发光元件，包括一第一光子再利用半导体型发光二极管(PRS－LED)及一第二PRS－LED。该第一PRS－LED包括一第一光源以发出蓝光及一第二光源以发出红光，该红光转换自蓝光；以及该第二PRS－LED包括一第三光源以发出绿光及一第四光源以发出红光，该红光转换自绿光。各个该第一与第三光源由InGaN层所构成，且设置于一p－型GaN层与一n－型GaN层。该第二与第四光源由AlGaInP层所构成。该第一光源与该第二光源可设置于一蓝宝石基板的相对面上。或者选择将第二光源设置于该n－型GaN层上。该第二光源可由相同组成或不同组成的AlGaInP所构成的微柱型结构。
文档编号H01L25/075GK1697208SQ200510081378
公开日2005年11月16日 申请日期2005年6月28日 优先权日2005年1月14日
发明者武东星, 洪瑞华, 吴孟斋 申请人:友达光电股份有限公司