专利名称：接合有半导体波长转换器的发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)，更具体地涉及包括用于转换LED发光波长的波长 转换器的发光二极管。
背景技术：
波长转换发光二极管(LED)在照明应用中变得日益重要，这些应用中需要通常不 是由LED产生的彩光，或者可使用单个LED产生通常由多个不同的LED共同产生的具有一 定光谱的光。此类应用的一个实例是用在显示器的背向照明中，例如计算机和电视机的液 晶显示器0XD)。在此类应用中，需要使用相当白的光来照明IXD面板。利用单一的LED 产生白光的一种方法是首先用LED产生蓝光，然后将该光的一部分或全部转换成不同的颜 色。例如，在使用蓝光发射LED作为白光源时，可利用波长转换器将蓝光的一部分转换为黄 光。所得光是黄光和蓝光的组合，在观察者看来为白色。然而，所得光的颜色(白点)就用 于显示装置而言可能并非最佳，因为该白光是仅混合两种不同颜色光的结果。
发明内容
本发明的一个实施例涉及以第一波长和第二波长发光的发光装置。该装置包括以 泵浦波长发光的电致发光器件。第一光致发光元件覆盖该电致发光器件的第一区域和第二 区域。第一光致发光元件能够将至少一些从电致发光器件第一区域入射的泵浦波长的光转 换为第一波长的光。该装置还包括设置在第一光致发光元件和电致发光器件之间的第二光 致发光元件。第二光致发光元件覆盖电致发光器件的第二区域，而未覆盖电致发光器件的 第一区域。第二光致发光元件能够将至少一些从电致发光器件第二区域入射的泵浦波长的 光转换为与第一波长不同的第二波长的光。本发明的另一个实施例涉及能够以第一波长和第二波长发光的发光装置。该装置 包括以泵浦波长发光的电致发光器件。第一光致发光元件覆盖电致发光器件的第一区域。 第一光致发光元件能够将基本上所有的从电致发光器件第一区域入射的泵浦波长的光转 换为第一波长的光。第二光致发光元件覆盖电致发光器件的第二区域。第二光致发光元件 能够将基本上所有的从电致发光器件第二区域入射的泵浦波长的光转换为第二波长的光。本发明的另一个实施例涉及具有第一再发光半导体结构的半导体构造，该第一再 发光半导体结构能够将泵浦波长的光转换为与泵浦波长不同的第一波长的光。第一再发光 半导体结构可用第一蚀刻剂蚀刻。蚀刻阻挡层与第一再发光半导体结构一起外延生长。蚀 刻阻挡层能够抵抗第一蚀刻剂的蚀刻。第二再发光半导体结构在蚀刻阻挡层上外延生长， 并且能够将泵浦波长的光转换为与泵浦波长和第一波长不同的第二波长的光。第一再发光 半导体结构和蚀刻阻挡层两者对从第二再发光半导体结构发出的第二波长的光基本上透 明。本发明的另一个实施例涉及形成光转换元件的方法。该方法包括提供一种半导体 结构，该半导体结构具有第一再发光部分、第二再发光部分和位于第一再发光部分与第二再发光部分之间的蚀刻阻挡层。第一再发光部分、蚀刻阻挡层和第二再发光部分一起外延 生长。在第二再发光部分中蚀刻第一区域，以暴露蚀刻阻挡层。对蚀刻阻挡层的第一区域 进行蚀刻，同时照射蚀刻阻挡层以产生第一波长的荧光。检测第一波长的荧光，并且当不再 检测到第一波长的荧光时终止对蚀刻阻挡层第一区域的蚀刻。本发明的另一个实施例涉及形成多波长发光二极管(LED)的方法。该方法包括将 第一光致发光元件附接到LED上。当用来自LED的泵浦光照射时，第一光致发光元件能够 产生第一波长的光。然后移除第一光致发光元件的一些部分。第二光致发光元件被附接在 第一光致发光元件上方。当用来自LED的泵浦光照射时，第二光致发光元件能够产生与第 一波长不同的第二波长的光。本发明的上述发明内容并非旨在描述本发明的每个示出的实施例或每个实施方 案。以下附图和具体实施方式
更具体地举例说明这些实施例。
结合以下附图对本发明的多个实施例的详细说明，可以更全面地理解本发明，其 中图1概略地说明根据本发明原理的波长转换发光二极管(LED)的实施例；图2概略地说明根据本发明原理的波长转换器的实施例；图3A-3F概略地说明波长转换LED的一个实施例的制造步骤；图4概略地说明波长转换LED的另一个实施例；图5A和5B概略地说明根据本发明原理的波长转换LED的其他实施例；以及图6A-6D概略地说明波长转换LED的另一个实施例的制造步骤。虽然本发明经得起各种修改以及替代形式的检验，但其具体的方式已经以举例的 方式在附图中示出并将详细说明。然而，应该理解，其目的并不在于将本发明局限于所描述 的具体实施例。相反，其目的在于涵盖落入附带的权利要求书中限定的本发明的精神和范 围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施例方式本发明适用于使用波长转换器的发光二极管，该波长转换器将LED以给定波长发 出的光的至少一部分的波长转换为两种另外的波长。文中称光具有某一波长时，应当理解 该光可具有一定范围的波长，这时该特指的波长为该波长范围内的峰值波长。例如，说到光 具有波长λ的场合，应当理解该光可具有一定范围的波长，其中波长λ为波长范围内的峰 值波长。图1概略地说明根据本发明第一实施例的波长转换LED装置100的实例。装置 100包括LED 102，其为一种电致发光器件。半导体波长转换器104附接到LED上102的上 表面106。通过转换从LED 102接收的波长λ ρ的光，转换器104能够产生至少两种不同波 长λ 和λ 2的光。转换器104形成为堆叠，该堆叠包括相比第二光致发光元件110设置 在更接近LED 102的第一光致发光元件108。光致发光元件是一种半导体结构，该半导体结 构被另一个通常较短的特征波长的光照射时在一个特征波长发出光。当被来自LED 102的 波长λ ρ的光照射时，第一发光元件产生波长λ 1的光。当被来自LED 102的波长λρ的光照射时，第二发光元件产生波长λ 2的光。两个光致发光元件108、110由蚀刻阻挡层112 和窗层114分隔。此外，第二窗层116可将第一光致发光元件与LED 102分隔。各半导体光致发光元件108、110包括至少一个用于吸收来自LED102的波长λ ρ 的光的层，从而在半导体中形成载流子对，以及至少一个收集载流子的势阱层(例如，量子 阱层)，这些载流子重新结合而发出波长长于λ ρ的光。第一光致发光元件108中产生的光 的波长λ 1通常长于第二光致发光元件110中产生的光的波长λ 2，因而波长λ 1的光可通 过第二光致发光元件110。例如，当LED 102为GaN基LED时，波长λ ρ的光通常为蓝色，由 第一光致发光元件108产生红光，由第二光致发光元件产生绿光。因此，LED装置100能够 发出用于显示器的所有三种颜色(红色、绿色和蓝色)的光。LED 102的第一区域118仅由第二光致发光元件110覆盖。来自LED 102的第一区 域116的具有波长λ ρ的光120入射到第二光致发光元件110上而产生波长λ 2的光122。 第二光致发光元件110可吸收基本上所有的从LED 102的第一区域116入射的光120，或可 仅吸收部分的入射光120。LED 102的第二区域124既由第一光致发光元件108又由第二光致发光元件110 覆盖。来自LED 102的第二区域IM的具有波长λ ρ的光1 入射到第一光致发光元件108 上，从而产生波长λ 1的光128。第一光致发光元件108可吸收基本上所有的从LED 102的 第二区域IM入射的光126。波长λ 1的光1 基本上透过第二光致发光元件110传输并 从波长转换器104射出。LED 102的第三区域130既不被第一光致发光元件108也不被第二光致发光元件 110覆盖。因此，波长λ P的光132可直接从波长转换器104射出。应当理解，与来自第一 再发光区域108和第二再发光区域110的光一样，来自LED 102的光在多个不同方向上传 播。因此，不同波长的光122、128和132从LED装置射出并成为空间上混合的光。波长转换器104可以直接接合到LED 102上或可以任选地使用接合层134来附 接。接合层134的使用在2007年10月8日提交的美国专利申请No. 60/978，304中有更为 详细的论述，关于波长转换器104与LED 102的直接接合描述于2007年12月10日提交的 美国专利申请No. 61/012，604中。电极136和电极138可设置在LED 102的任意一侧，为 LED 102提供驱动电流。LED装置100也可在一个或多个表面上具有提取特征，例如临时专 利申请No. 60/978，304. 5中所论述。虽然本发明不限制可使用的LED半导体材料的类型，因此不限制LED内产生的光 的波长，但是期望本发明可用于转换蓝光。例如，产生蓝光的Alfe^nN LED可与吸收蓝光的 波长转换器一起使用来产生红光和绿光，使所得的空间混合光呈现白色。可与LED装置100—起使用的多层波长转换器通常采用多层量子阱结构，该多层 量子阱结构基于II-VI族半导体材料，例如，诸如CdMgZMe之类的各种金属合金硒化物。在 此类多层波长转换器中，半导体波长转换器被构造成结构的某些部分中的能带隙使得至少 一些由LED发出的泵浦光被吸收。通过泵浦光吸收产生的电荷载子扩散到量子阱层中，该 量子阱层被设计成具有比吸收区域小的能带隙，其中这些载流子重新结合并产生较长波长 的光。此描述并非意图限制半导体材料的类型或者波长转换器的多层结构。图2概略地说明示例性的波长转换器200的能带结构。例如使用分子束外延法 (MBE)或某些其他外延技术使波长转换器外延生长。转换器200的这些不同的层被示出为外延叠堆，其中每一层的宽度代表该层的能带隙。波长转换器通常在InP衬底上生长。表 I汇总了示例性的波长转换器中各层的厚度、材料和能带隙。表1 示例性波长转换器结构的汇总
权利要求
1.一种以第一波长和第二波长发光的发光装置，包括以泵浦波长发光的电致发光器件；第一光致发光元件，其覆盖所述电致发光器件的第一区域和第二区域，所述第一光致 发光元件能够将至少一些从所述电致发光器件的所述第一区域入射的所述泵浦波长的光 转换为所述第一波长的光；以及第二光致发光元件，其设置在所述第一光致发光元件和所述电致发光器件之间，所述 第二光致发光元件覆盖所述电致发光器件的所述第二区域，而未覆盖所述电致发光器件的 所述第一区域，所述第二光致发光元件能够将至少一些从所述电致发光器件的所述第二区 域入射的所述泵浦波长的光转换为与所述第一波长不同的所述第二波长的光。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光致发光元件包括至少第一势阱，并且 所述第二光致发光元件包括至少第二势阱。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一光致发光元件包括设置在吸收半导体层 之间的多个第一势阱，所述吸收半导体层吸收从所述电致发光器件入射的所述泵浦波长的 光，所述第一势阱能够发出所述第一波长的光。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第二光致发光元件包括设置在吸收半导体层 之间的多个第二势阱，所述吸收半导体层吸收从所述电致发光器件入射的所述泵浦波长的 光，所述第二势阱能够发出所述第二波长的光。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元件 包含II-VI族半导体材料。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元件 各包括设置在镉镁锌硒化物(CdMgZnSe)的吸收层之间的多个镉锌硒化物(CdZnSe)量子 阱。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述第二光致发光元件和所述电致发 光器件之间的粘合剂层，所述粘合剂层将所述第二光致发光元件附接到所述电致发光器件上。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二发光元件直接接合到所述电致发光器件上。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光致发光元件与所述第二光致发光元件 一起外延生长。
10.根据权利要求9所述的装置，还包括在所述第一光致发光元件和所述第二光致发 光元件之间外延生长的窗层和蚀刻阻挡层。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一光致发光元件吸收基本上所有的从所 述电致发光器件的所述第一区域入射到所述第一光致发光元件上的所述泵浦波长的光，并 且所述第二光致发光元件吸收基本上所有的从所述电致发光器件的所述第二区域入射到 所述第二光致发光元件上的所述泵浦波长的光。
12.根据权利要求1所述的装置，还包括窗层，所述窗层与所述第一光致发光元件一起 外延生长并设置在所述第一光致发光元件和所述电致发光元件之间，来自所述第一区域的 所述泵浦波长的光在入射到所述第一发光元件上之前通过所述窗层。
13.根据权利要求1所述的装置，其中由所述第二光致发光元件发出并入射到所述第一光致发光元件上的所述第二波长的光基本上透过所述第一光致发光元件传输。
14.一种能够以第一波长和第二波长发光的发光装置，包括以泵浦波长发光的电致发光器件；第一光致发光元件，其覆盖所述电致发光器件的第一区域，所述第一光致发光器件能 够将基本上所有的从所述电致发光器件的所述第一区域入射的所述泵浦波长的光转换为 所述第一波长的光；以及第二光致发光元件，其覆盖所述电致发光器件的第二区域，所述第二光致发光元件能 够将基本上所有的从所述电致发光器件的所述第二区域入射的所述泵浦波长的光转换为 所述第二波长的光。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一光致发光元件还覆盖所述电致发光器 件的所述第二区域。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述第二光致发光元件未覆盖所述电致发光器 件的所述第一区域。
17.根据权利要求14所述的装置，其中由所述第二光致发光元件发出并入射到所述第 一光致发光元件上的所述第二波长的光基本上透过所述第一光致发光元件传输。
18.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一光致发光元件包括设置在吸收半导体 层之间的多个第一势阱，所述吸收半导体层吸收从所述电致发光器件入射的所述泵浦波长 的光，所述第一势阱能够发出所述第一波长的光。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述第二光致发光元件包括设置在吸收半导体 层之间的多个第二势阱，所述吸收半导体层吸收从所述电致发光器件入射的所述泵浦波长 的光，所述第二势阱能够发出所述第二波长的光。
20.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元 件包含II-VI族半导体材料。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元 件各包括设置在镉镁锌硒化物(CdMgZnSe)的吸收层之间的多个镉锌硒化物(CdZnSe)量子 阱。
22.根据权利要求14所述的装置，还包括设置在所述第二光致发光元件和所述电致发 光器件之间的粘合剂层，所述粘合剂层将所述第二光致发光元件附接到所述电致发光器件上。
23.根据权利要求14所述的装置，其中所述第二光致发光元件直接接合到所述电致发 光器件上。
24.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一光致发光元件与所述第二光致发光元 件一起外延生长。
25.根据权利要求M所述的装置，还包括在所述第一光致发光元件和所述第二光致发 光元件之间外延生长的窗层和蚀刻阻挡层。
26.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一光致发光元件用粘合剂附接到所述第 二光致发光元件上。
27.一种半导体结构，包括第一再发光半导体结构，其能够将泵浦波长的光转换为与所述泵浦波长不同的第一波长的光，所述第一再发光半导体结构可用第一蚀刻剂蚀刻；蚀刻阻挡层，其与所述第一再发光半导体结构一起外延生长，所述蚀刻阻挡层能够抵 抗所述第一蚀刻剂的蚀刻；以及第二再发光半导体结构，其在所述蚀刻阻挡层上外延生长并且能够将所述泵浦波长的 光转换为与所述泵浦波长和所述第一波长不同的第二波长的光，所述第一再发光半导体结 构和所述蚀刻阻挡层两者对由所述第二再发光半导体结构发出的所述第二波长的光基本 上透明。
28.根据权利要求27所述的结构，还包括衬底，其中所述第一再发光半导体结构在所 述衬底上外延生长。
29.根据权利要求观所述的结构，其中所述衬底包含磷化铟(InP)。
30.根据权利要求27所述的结构，其中所述蚀刻阻挡层能够发出第三波长的荧光，所 述荧光的波长比所述第二波长短。
31.根据权利要求27所述的结构，还包括在所述蚀刻阻挡层和所述第一再发光半导体 结构之间外延生长的窗层，所述第二再发光半导体结构和所述蚀刻阻挡层的一些部分被移 除以暴露所述窗层。
32.—种形成光转换元件的方法，包括提供具有第一再发光部分、第二再发光部分和所述第一再发光部分和所述第二再发光 部分之间的蚀刻阻挡层的半导体结构，所述第一再发光部分、所述蚀刻阻挡层和所述第二 再发光部分一起外延生长；蚀刻所述第二再发光部分中的第一区域，以暴露所述蚀刻阻挡层的某一区域；蚀刻所述蚀刻阻挡层的所述暴露区域，同时照射所述蚀刻阻挡层以产生第一波长的荧光；检测所述第一波长的荧光；以及当不再检测到所述第一波长的荧光时终止蚀刻所述蚀刻阻挡层。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述提供所述半导体结构包括提供具有由镉锌 硒化物(CdZnSe)形成的所述蚀刻阻挡层的所述半导体结构，并且蚀刻所述蚀刻阻挡层包 括使所述蚀刻阻挡层暴露于HBr/H20/Br2的溶液中。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第二再发光部分包括镉镁锌硒化物 (CdMgZnSe)，并且蚀刻所述第二再发光区域包括使所述第二再发光部分暴露于HCl和HBr 中的至少一者的溶液中。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一再发光部分和所述第二再发光部分 各包括设置在由CdMgZnk形成的吸收层之间的Cda^e量子阱的排列，所述第一再发光部 分的所述量子阱设置成可发出绿光，而所述第二再发光部分的所述量子阱设置成可发出红 光。
36.一种形成多波长发光二极管(LED)的方法，包括将第一光致发光元件附接到LED上，当被来自所述LED的泵浦光照射时所述第一光致 发光元件能够产生第一波长的光；移除所述第一光致发光元件的一些部分；以及将第二光致发光元件附接在所述第一光致发光元件上方，当被来自所述LED的泵浦光照射时所述第二光致发光元件能够产生与所述第一波长不同的第二波长的光。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括移除所述第二光致发光元件的一些部分。
38.根据权利要求36所述的方法，其中移除所述第一光致发光元件的所述一些部分包 括蚀刻所述第一光致发光元件的所述一些部分。
39.根据权利要求36所述的方法，其中将所述第一光致发光元件附接到所述LED上包 括用粘合剂将所述第一光致发光元件附接到所述LED上。
40.根据权利要求36所述的方法，其中将所述第一光致发光元件附接到所述LED上包 括在所述第一光致发光元件和所述LED之间形成光学结合。
41.根据权利要求36所述的方法，其中所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元 件各包括形成于II-VI族半导体材料中的势阱结构。
全文摘要
本发明公开了一种以泵浦波长发光的电致发光器件。第一光致发光元件覆盖所述电致发光器件的第一区域和第二区域，并且将至少一些来自所述电致发光器件的所述第一区域的所述泵浦光转换为第一波长的光。第二光致发光元件覆盖所述电致发光器件的所述第二区域而未覆盖其所述第一区域，并且将至少一些所述泵浦波长的光转换为与所述第一波长不同的第二波长的光。在一些实施例中，所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元件分别转换基本上所有的分别从所述电致发光器件的所述第一区域和所述第二区域入射的所述泵浦光。蚀刻阻挡层可分隔所述第一光致发光元件和所述第二光致发光元件。
文档编号H01L33/08GK102057504SQ200980121095
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月23日 优先权日2008年6月5日
发明者凯瑟琳·A·莱瑟达勒, 安德鲁·J·乌德科克, 托米·W·凯利, 托马斯·J·米勒, 迈克尔·A·哈斯 申请人:3M创新有限公司