专利名称：具荧光层的白光发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种白光发光二极管，尤其涉及ー种具有荧光特性的氧化铟铽透明导电层的氮化镓白光发光二极管。
背景技术：
发光二极管因具有高效率的发光特性，因此已广泛应用于发光源及显示器中。发光二极管的发光原理是利用顺向偏压时P型半导体层与N型半导体之间的PN接面发生电子电洞复合而将电能转换成相对应的光能，因而产生出射光。出射光的波长是依据能隙大小，所以可利用调配适当组成的P型半导体层与N型半导体，以实现所需的能隙大小，进而产生所需的可见光。
一般的发光二极管所产生出射光具有紫外线成分，因此常利用添加在透明荧光胶体层中荧光粉的荧光作用将高能量的紫外光转换成较低能量的可见光以供使用。然而，上述现有技术的缺点在于，透明荧光胶体层会有胶体老化的问题，影响发光二极管的出射光质量，因此，需要ー种以半导体制程制造出具有荧光作用的半导体荧光层的白光发光二极管，以解决上述现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种具荧光层的白光发光二极管，包括蓝宝石基板、氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子位阱氮化铝镓层、P型氮化镓层、透明导电层、氧化铟铽荧光层、负极金属连接层及正极金属连接层，其中氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子位阱氮化铝镓层、P型氮化镓层、透明导电层、氧化铟铽荧光层依序堆栈在蓝宝石基板上，而负极金属连接层连接至N型氮化镓层，用以连接外部负电源端，正极金属连接层位于氧化铟铽荧光层上并贯穿氧化铟铽荧光层而连接至透明导电层，用以连接外部正电源端，以使得电流由正极金属连接层经过透明导电层、P型氮化镓层、氮化铝镓多量子位阱层、N型氮化镓层而至负极金属连接层，并由多量子位阱氮化铝镓层发射光线，穿透P型氮化镓层、透明导电层及氧化铟铽荧光层，且经具有荧光性的氧化铟铽荧光层转变成白光的出射光而射向外部。因此，本发明的发光二极管不需外加荧光粉至透明胶体中形成胶体荧光层以便将紫外线转换成可见光，而是可利用射频反应式磁控溅镀法的半导体制程直接在透明导电层上沉积以形成具荧光作用的氧化铟铽荧光层，来产生具白光光谱的出射光。
图I为本发明具荧光层的白光发光二极管的示意图。图2为本发明实施例白光发光二极管的光激发光谱。图3为本发明另ー实施例白光发光二极管的光激发光谱。图4为本发明实施例白光发光二极管的电激发光谱。
图5为本发明实施例白光发光二极管的突光层的电激发光谱。图6为本发明另ー实施例白光发光二极管的电激发光谱。图7为本发明另ー实施例白光发光二极管的荧光层的电激发光谱。图8为本发明的10% TIO/GaN-based LED的发光照片，其中电流为20mA。图9为本发明的20% TIO/GaN-based LED的发光照片，其中电流为20mA。
具体实施例方式以下配合说明书附图及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本技术领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
參阅图1，为本发明具荧光层的白光发光二极管的示意图。如图I所示，本发明具荧光层的白光发光二极管包括蓝宝石基板10、氮化镓缓冲层20、N型氮化镓层30、多量子位讲(Multiple Quantum Well7MQff)氮化招镓层40、P型氮化镓层50、透明导电层60、氧化铟铽荧光层70、负极金属连接层80及正极金属连接层90，用以产生白光。氮化镓缓冲层20、N型氮化镓层30、多量子位阱氮化铝镓层40、P型氮化镓层50、透明导电层60及氧化铟铽荧光层70依序堆栈在蓝宝石基板10上，且曝露出一部分的N型氮化镓层30，用以电气连接负极金属连接层80，而负极金属连接层80连接外部电源的负端V-。正极金属连接层90用以连接外部电源的正端V+，且位于氧化铟铽荧光层70上，氧化铟铽荧光层70具有贯穿孔，因而正极金属连接层90可经该贯穿孔而电气连接至透明导电层60。多量子位阱氮化铝镓层40具有多个交替堆栈且不同能阶的薄状氮化铝镓，可利用其中低能阶层所形成的量子位阱，使电子及电洞更容易局限在一起，因而可增加发光强度。当电流由正极金属连接层90经过透明导电层60、P型氮化镓层50、多量子位阱氮化铝镓层40、N型氮化镓层30而至负极金属连接层80吋，多量子位阱氮化铝镓层40会因电子电洞复合作用而发射光线，且该光线穿透P型氮化镓层50、透明导电层60及氧化铟铽荧光层70，并经具有荧光性的氧化铟铽荧光层70转变成白光的出射光而射向外部。本发明的氧化铟铽荧光层70为透明的薄膜，其主要成分包括氧化铟铽(TerbiumIndium Oxide)，化学式为In2O3 Tb，一般简称ΤΙ0，其中氧化铟与铽的最佳比例范围为In2O3 Tb = 95 5至5 95。氧化铟铽荧光层70可利用射频反应式磁控溅镀法的半导体制程而沉积在透明导电层60上。參阅图2及图3，以清楚了解本发明的特点，其中图2为本发明实施例白光发光二极管的光激发光谱(photoluminescence, PL),且其氧化铟与铺的比例为90 10,而图3为本发明另一实施例白光发光二极管的光激发光谱，且其氧化铟与铽的比例为80 : 20。图2及图3显示10K至300K温度范围内的光激发荧光光谱变化，且图2及图3分别显示在575nm及565nm附近具有宽广的吸收特性。參阅图4及图5，分别为本发明实施例白光发光二极管及其荧光层的电激发光(electroluminescence, EL)的光谱,且氧化铟与铺的比例为90 : 10,电流为100mA。由图4中可知，该实施例的白光发光二极管具有385nm紫外光，由图5中可知，其荧光层具有450nm至700nm的轨域跃迁，也即D轨域至F轨域的跃迁，图中并标示出相对应跃迁的波长。
接着，參阅图6及图7，分别为本发明另一实施例白光发光二极管及其荧光层的EL光谱，且氧化铟与铽的比例为80 20，电流为100mA。在图6中，白光发光二极管同样具有385nm紫外光，而图7中，其荧光层也具有类似图5所示450nm至700nm的轨域跃迁，图中并标示出相对应跃迁的波长。因此，可由图2至图7的光谱而清楚了解到，本发明的白光发光二极管确实可产生白光，用以提供高质量的光源，可适用于显示器的背光光源或一般的照明光源。为进一歩显示上述本发明具荧光层的白光发光二极管的具体表现，可參考图8及图9所示的照片，其中图8为包含10%氧化铟铽荧光层(也即氧化铟与铽的比例为90 10)的GaN白光发光二极管发射白光的照片，而图9为包含20%氧化铟铽荧光层(也即氧化铟与铽的比例为80 20)的GaN白光发光二极管发射白光的照片，且导通电流为20mA。以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形 式上的限制，因此，凡有在相同的发明原理下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
权利要求
1.一种具荧光层的白光发光二极管，用以产生白光的出射光，其特征在于，包括； 一蓝宝石基板； 一氮化镓缓冲层，堆栈在该蓝宝石基板上； 一 N型氮化镓层，堆栈在该氮化镓缓冲层上； 多量子位阱氮化铝镓层，堆栈在该N型氮化镓层上，并曝露出该N型氮化镓层的一部分； 一 P型氮化镓层，堆栈在该多量子位阱氮化铝镓层上； 一透明导电层，堆栈在该P型氮化镓层上； 一氧化铟铽荧光层，堆栈在该透明导电层上，且具有贯穿孔； 一负极金属连接层，堆栈在该氧化铟铽荧光层上，并经该贯穿孔而电气连接至该透明导电层，且该负极金属连接层气连接至外部电源的一负端；以及 一正极金属连接层，堆栈在该P型氮化镓层上，且该正极金属连接层气连接至外部电源的一正端。
2.如权利要求I所述的白光发光二极管，其特征在于，所述氧化铟铽荧光层包括氧化铟与铽的比例范围为In2O3 : Tb = 95 : 5至70 : 30。
3.如权利要求I所述的白光发光二极管，其特征在于，所述氧化铟铽荧光层以射频反应式磁控溅镀法而沉积。
4.如权利要求I所述的白光发光二极管，其特征在于，所述多量子位阱氮化铝镓层具有多个交替堆栈且不同能阶的薄状氮化铝镓，且低能阶层所形成的量子位阱。
全文摘要
本发明公开了一种具荧光层的白光发光二极管，包括依序堆栈在蓝宝石基板上的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、多量子位阱氮化铝镓层、P型氮化镓层、透明导电层、氧化铟铽荧光层，并进一步包括连接P型氮化镓层的正极金属连接层及连接N型氮化镓层的负极金属连接层，其中正极金属连接层及负极金属连接层分别连接外部正电源端及负电源端时，多量子位阱氮化铝镓层会因电子电洞复合而发射光线，并穿透P型氮化镓层、透明导电层、氧化铟铽荧光层而产生出射光射向外部，且氧化铟铽荧光层具有荧光性，用以将多量子位阱氮化铝镓层所发射的光线转变成白光的出射光。
文档编号H01L33/50GK102683556SQ20111006167
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者王清华, 田青禾, 谢宗裕, 陈隆建 申请人:王清华, 田青禾, 谢宗裕, 陈隆建