专利名称：具有光电转换能级距离的白色发光二极管及其制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种发光二极管的体系结构及其制作方法，特别是有关于一种借由具备两个以上的光电转换能级距离所做成的白色发光二极管之体系结构及其制作方法。
传统发光二极管的发光特性中所具有的是单一主波峰(signlepeak wavelength)及狭窄半高宽(full width of half maximum，FWHM)，所以发光二极管所发射的光线皆是很纯的单一颜色光，例如砷化铝镓发光二极管发红色光、磷化镓发光二极管发绿色光。另外，透过使用不同的材料系统，或同一材料系统但不同组成比例，可制作出不同颜色不同亮度的发光二极管，例如调变磷砷化镓材料中之磷和砷的组成比，或磷化铝镓铟中之铝、镓和铟的组成比，皆可制作涵盖红、黄、绿三色的高亮度发光二极管。上述各种材料所组成及选用的结构和制作方法所做出的发光二极管均只发出很纯(半高宽很窄)的单色光(单一主波峰)。
在实际的应用中，可组成两种不同材料不同颜色的发光二极管，例如组合单色的红色发光二极管(R)和单色的绿色发光二极管(G)，透过调变红色发光二极管和绿色发光二极管的发光强度比例，混合此二种色光，做成多彩的发光二极管显示板。或者，可组合三种不同材料不同颜色的发光二极管，例如组合单色的红色发光二极管(R)和单色的绿色发光二极管(G)和单色的蓝色发光二极管(B)，透过调变三种不同色发光二极管(R、G、B)的发光强度比例，做成全彩的发光二极管显示板。另外，由于所述全彩发光二极管显示板也可混合出白色光，故发光二极管的应用，除了讯号指示和信息显示板外，也可用在照明之上。请参阅图1，其示出了日本日亚化工(NICHIA)所制作的白色发光二极管(型号NLK2015)的平面图，由图中可看出每一个象素(pixel)10是由两个红色发光二极管(R)、两个绿色发光二极管(G)及一个蓝色发光二极管(B)所组成。因此，此种白色发光二极管的制作成本相当高。再者，因为需要靠分别调变三种颜色的发光二极管的外加电流来调整红、绿、蓝三种单色发光二极管的不同发光强度，来混合成白光，所以至少需要外接四个电极端子，而使得驱动系统的设计非常复杂。又若五个发光二极管中，有任一个先劣化，则产品的“色平衡”也会被破坏。
为了降低成本，日亚化工又再推出无需组合R、G、B三种不同颜色之发光二极管的白色发光二极管灯泡。请参阅图2，该白色发光二极管灯泡是利用一颗氮化镓铟/氮化镓蓝色发光二极管晶粒12和萤光材料14组合而成，发光二极管晶粒12先置于金属接脚15a上，并将发光二极管晶粒12之表面电极连接至另一金属接脚15b，再以萤光材料14覆盖填充金属接脚15a上的凹槽中，最后再以封装材料16将整个晶粒12连同金属接脚15a，15b的端部封装固定。其原理是利用蓝色发光二极管晶粒所发射的蓝光激发萤光材料，而产生一半高宽较宽的黄色光线，混合原来的蓝光而成为白光。此种方式虽可大幅地降低制作成本及简化驱动系统。但由于萤光材料的寿命(life time)较短，约仅5000～10000个小时，远比发光二极管本身的100000小时短，因而此种白色发光二极管的寿命也相对地受到了限制。
有鉴于此，为了改进公知技术的各项缺点，本发明之目的即在于提出一种白色发光二极管，其是借由具备两个以上的光电转换能级距离所做成，可利用单个发光二极管发出白光。
本发明之一特点在于所制作出的白色发光二极管是发光二极管本身即可发出白光，无需借由组合多个发光二极管，而可大大地降低生产成本，并降低包装及电路控制的困难度。
本发明之另一特点是在于所制作出的白色发光二极管是发光二极管本身即可发出白光，无需结合萤光材料，因此不会因为结合萤光材料而降低了使用寿命。
本发明所使用的方法主要是利用晶体取向生长形成PN二极管时，借由调变晶体取向生长时的温度、压力、氨气流量、载子气体(氢气与氮气)比例、或掺入镁、硅等杂质，在特定的参数范围内，可使PN二极管接面的发光光谱具有两个主波峰。控制主波峰的发光波长及强度，即可调变出白光。
另外，本发明亦可利用在PN二极管结构中，成长量子井结构，同样调变晶体取向生长时的参数，使量子井的发光光谱具不同的主波峰，借由结合两个或三个主波峰以调变出白光。
下面就参阅
本明之较佳实施例，借以进一步地阐明其体系结构，特征及优点，其中图1是示出了一种公知之白色发光二极管体系结构的平面图；图2是示出了另一种公知之白色发光二极管体系结构的平面图；图3A及图3B是示出了本发明之白色发光二极管的一实施例之制作过程的截面图；图4是示出了本发明之白色光二极管的另一实施例之体系结构的截面图；图5是示出了本发明之白色发光二极管的另一实施例之体系结构的截面图；图6是示出了本发明之白色发光二极管的另一实施例之体系结构的截面图；图7是示出了本发明之白色发光二极管的另一实施例之体系结构的截面图；图8是示出了本发明之白色发光二极管的另一实施例之体系结构的截面图；及图9是示出了本发明之白色发光二极管的另一实施例之体系结构的截面图。
本发明之白色发光二极管主要是利用单一发光二极管发出两种以上的主波峰，借以合成白色光。基本上，若欲以两种不同的主波峰合成白光，则一般是采用波长约为430nm的蓝色光及波长约为560nm的黄色光。若欲以三种不同的主波峰合成白光，则一般是采用波长约为370nm～500nm的蓝色光、 波长约为500nm～560nm的绿色光及波长约为620nm～700nm的红色光。换言之，不论采用的是何种合成方式，都需要具备蓝色光或是波长更短的光做为一个基准。
本发明之白色发光二极管的第一个实施例之制作方法是包括下列步骤(1)请参阅图3A，利用晶体取向生长的方式，例如利用金属有机气相晶体取向生长(MOVPE)的方法在一基板20上，例如蓝宝石基板，在晶体取向生长过程中依序生长第一N型氮化镓(CaN)22、第二N型氮化镓24及P型氮化镓26；及(2)请参阅图3B，利用照相平版(photo-lithography)及蚀刻的技术，去除部份第二N型氮化镓24及P型氮化镓26，然后分别在所述P型氮化镓26及第一N型氮化镓22上形成第一电极28a及第二电极28b。
在上述的晶体取向生长过程中，可调变晶体取向生长温度、压力、氨气(NH3)流量、载子气体(氢气与氮气)比例、或掺入镁、硅等杂质，调整各项参数可使晶体取向生长层22、24及26间产生不同的能级，特别是在晶体取向生长层24及26的介面附近，在外加电流时，所产生的发光光谱有两个主波峰，分别是波长为370nm～450nm左右的蓝色光及波长为500nm～600nm左右的黄色光。
所述图3中说明之本发明的白色发光二极管，其晶体取向生长层是以氮化镓材料所构成的同质结构。在本发明的第二个实施例中，另可以氮化铝镓材料取代氮化镓材料，而形成双异质结构。请参阅图4，其体系结构系包括一基板30；一N型氮化铝镓32，形成于所述基板30之上，该N型氮化铝镓32上分为第一区域和第二区域；一N型氮化镓34，形成于所述N型氮化铝镓32的第一区域上；一P型氮化铝镓36，形成於所述N型氮化镓34上；一第一电极38a，形成於所述P型氮化铝镓36上，且不完全覆盖所述P型氮化铝镓36；及一第二电极38b，形成於所述N型氮化铝镓32的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
上述实施例中所成长的晶体取向生长层，在特定的参数范围内，其发光光谱有两个主波峰，分别是蓝色光(B)及黄色光(Y)，发光二极管所发出的光线颜色为此二种色光的混合，适当的控制其比例便可合成白光，在上述第二个实施例中，以N型氮化镓作为发光活性层的双异质结构可提高白色发光二极管的发光效率。且在所述体系结构中，发光活性层内可以完全不含铟，仅以氮化镓便可制成白色发光二极管。又因为氮化铝镓的晶格常数与氮化镓相差不大，晶体取向生长温度也可以与氮化镓相同，所以本实施例之结构在提高发光效率之余，仍可维持低的晶格缺陷。
本发明之第三实施例系在所述第二实施例的体系结构上增加了一氮化镓缓冲层及一P型氮化镓，借以提升晶体取向生长层的品质，提高发光亮度，获得较低的工作电压及提高使用寿命。请参阅图5，其体系结构系包括一基板40；一氮化镓缓冲层41，形成於所述基板40上，该氮化镓缓冲层41上分为第一区域和第二区域；一N型氮化铝镓42，形成於所述氮化镓缓冲层41的第一区域上；一N型氮化镓43，形成於所述氮化铝镓42上；一P型氮化铝镓44，形成於所述N型氮化镓43上；一P型氮化镓45，形成於所述P型氮化铝镓44上，且不完全覆盖所述P型氮化铝镓44；一第一电极48a，形成於所述P型氮化镓45上；及第二电极48b，形成于所述氮化镓缓冲层41的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
前面所提到的本发明之实施例系经由控制晶体取向生长参数，使晶体取向生长层间产生不同的能级差，而使得发光光谱产生不同的主波峰。下面的实施例中，则是在发光二极管中制作量子井的体系结构，同样地在晶体取向生长过程中成长量子井时，借由晶体取向生长参数的调变，可使不同的量子井发出不同波长的光，请参阅图6，本发明之第四个实施例系以两组量子井做为活性发光层，其包括一基板50；一氮化镓缓冲层52，形成於所述基板50上，该氮化镓缓冲层52上分为第一区域及第二区域；一N型氮化铝镓54，形成於所述氮化镓缓冲层52的第一区域上；一第一氮化铟镓量子井结构55，形成於所述N型氮化铝镓54上，可发出波长约550nm至620nm的黄光；一第二氮化铟镓量子井结构56，形成于所述第一氮化铟镓量子井结构55，可发出波长约370nm至500nm的蓝光；一P型氮化铝镓57，形成於所述第二氮化铟镓量子井结构56上；一P型氮化镓58，形成於所述P型氮化铝镓57上，且不完全覆盖所述P型氮化铝镓57；一第一电极59a，形成於所述P型氮化镓58上；及一第二电极59b，形成於所述氮化镓缓冲层52的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
所述第一氮化铟镓量子井结构55系包括一氮化铟镓量子井层55b，其厚度约为0.5nm至10nm间；及在氮化铟镓量子井层55b两侧的氮化铟镓障壁层55a、55c，其厚度约为5nm至100nm间。相同地，所述第二氮化铟镓量子井结构56系包括一氮化铟镓量子井层56b，其厚度约为0.5nm至10nm间；及在氮化铟镓量子井层56b两侧的氮化铟镓障壁层56a，56c，其厚度约为5nm至100nm间。其中，所述氮化铟镓障壁层55a，55c的化学式可表为InyGa1-yN，而所述氮化铟镓量子井层55b的化学式可表为InzGa1-zN，所述氮化铟镓障壁层56a，56c的化学式可表为InmGa1-mN，而所述氮化铟镓量子井层56b的化学式可表为InnGa1-nN，又N型氮化铝镓54及P型氮化铝镓57的化学式可表为AlxGa1-xN。且1≥x＞0，1≥z＞y≥0，1≥n＞m≥0。所述第二氮化铟镓量子井结构56系发出波长较短的蓝光，而第一氮化铟镓量子井结构55系发出波长较长的黄光，借以避免由第一氮化铟镓量子井结构55发出的光会被第二氮化铟镓量子井结构56吸收。
为了提升白色发光二极管的发光亮度，并借以可调变不同主波峰的强度，请参阅图7，本发明之第五实施例采用了和第四实施例相同的制作过程及制作参数，但增加了第一氮化铟镓量子井结构55与第二氮化铟镓量子井结构56中量子井的数目，也就是说每一组结构均包含复数层量子井。另外，在图7中标示着与图6中相同之标号者，即表示相同的元件，故不再重复其说明。
在上述第四及第五实施例中，均是利用发光光谱的蓝光及黄光范围内的两个主波峰来混合成白光，但另外也可使用蓝光、绿光及红光范围内的三个主波峰来混合成白光。因此，本发明的第六实施例中即包括了三组量子井结构，请参阅图8，其体系结构系包括一基板60；一氮化镓缓冲层61，形成于所述基板60上，该氮化镓缓冲层61上分为第一区域及第二区域；一N型氮化铝镓62，形成于所述氮化镓缓冲层61上的第一区域上；一第一氮化铟镓量子井结构63，形成于所述N型氮化铝镓62上，可发出波长约570nm至640nm的黄光或红光；一第二氮化铟镓量子井结构64，形成于所述第一氮化铟镓量子井结构63，可发出波长约500nm至555nm的绿光；一第三氮化铟镓量子井结构65，形成于所述第二氮化铟镓量子井结构64，可发出波长370nm至500nm的蓝光；一P型氮化铝镓66，形成于所述第三氮化铟镓量子井结构65上；一P型氮化镓67，形成于所述P型氮化铝镓66上；一第一电极68a，形成于所述P型氮化镓67上；及一第二电极68b，形成于所述氮化镓缓冲层61的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
所述第一氮化铟镓量子井结构63系包括一氮化铟镓量子井层63b，其厚度约为0.5nm至10nm间；及在氮化铟镓量子井层63b两侧的氮化铟镓障壁层63a、63c，其厚度约为5nm至100nm间。相同地，所述第二氮化铟镓量子井结构64系包括一氮化铟镓量子井层64b，其厚度约为0.5nm至10nm间；及在氮化铟镓量子井层64b两侧的氮化铟镓障壁层64a、64c，其厚度约为5nm至100nm间。所述第三氮化铟镓量子井结构65系包括一氮化铟镓量子井层65b，其厚度约为0.5nm至10nm间；及在氮化铟镓量子井层65b两侧的氮化铟镓障壁层65a、65c，其厚度约为5nm至100nm间。其中，所述氮化铟镓障壁层63a、63c的化学式可表为InyGa1-yN，而所述氮化铟镓量子井层63b的化学式可表为InzGa1-zN，所述氮化铟镓障壁层64a、64c的化学式可表为InmGa1-mN，而所述氮化铟镓量子井层64b的化学式可表为InnGa1-nN，所述氮化铟镓障壁层65a、65c的化学式可表为InpGa1-pN，而所述氮化铟镓量子井层65b的化学式可表为InqGa1-qN，又N型氮化铝镓62及P型氮化铝镓66的化学式均可表为AlxGa1-xN。且1≥x＞0，1≥z＞y≥0，1≥n＞m≥0，1≥q＞p≥0。所述第三氮化铟镓量子井结构65系发出波长较短的蓝光，而第二氮化铟镓量子井结构64发出波长较长的绿光，第一氮化铟镓量子井结构63发出波长更长的红光，借以避免由第一氮化铟镓量子井结构63发出的光会被第二氮化铟镓量子井结构64及第三氮化铟镓量子井结构65吸收，或第二氮化铟镓量子井结构64发出的光会被第三氮化铟镓量子井结构65吸收。
类似所述第四及第五实施例的关系，为了提升白色发光二极管的发光亮度，并借以可调变不同主波峰的强度。请参阅图9，本发明之第七实施例采用了和第六实施例相同的制作过程及制作参数，但增加了第一氮化铟镓量子井结构63、第二氮化铟镓量子井结构64及第三氮化铟镓量子井结构65中量子井的数目，也即每一组结构均包含复数层量子井。
当然，如上述的方法，量子井结构的数量并不仅限于两组或三组，而是可大于三组。每一组量子井结构可发出一特定波长的光，同时只要满足发光光谱主波峰之波长较长者先成长，而后依序成长波长较短者，即可得到发光光谱涵盖可见光全光谱的白色发光二极管。另外，可借着改变各组量子井结构的量子井数量，改变各不同波长的强度，而可得到各种不同型态之光谱的全光谱发光二极管。不过，考虑实际的应用与制作的问题。量子井结构的数目应无需大于30组，而且做为发光二极管最佳的实施方式，其量子井结构为15组。
至于上述各实施例中所提到之控制晶体取向生长参数，以金属有机气相晶体取向生长的制作过程为例，本发明所使用的晶体取向生长参数大致范围如下晶体取向生长温度约介于900℃至1200℃之间，晶体取向生长压力约为20毫巴至1000毫巴，氨气(NH3)流量约为0.5slm至20slm，三甲基镓(TMG)流量约为2sccm至100sccm，而掺杂的杂质可为锌(Zn)、镁(Mg)、碳(C)、汞(Hg)、镉(Cd)、铍(Be)、硅(Si)、硫(S)、硒(Se)等，掺杂浓度以上述实施例中所使用的镁而言，约为1×1017至1×1019cm-3。
再者，在所述的实施例中，虽然均是以氮化镓材料或是氮化铟镓量子井结构来加以说明，但实际上也可采用其他四四族、三五族或二六族半导体材料来制作白色发光二极管。例如，碳化硅(SiC)、氮化铝(AIN)、氮化硼(BN)、硒化锌(ZnSe)、硒硫化锌(ZnSeS)等。
权利要求
1.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管，包括一基底；一第一N型半导体材料，形成於所述基底上，其上分为第一区域及第二区域；一第二N型半导体材料，形成於所述第一层N型半导体材料上；一P型半导体材料，形成於所述第二层N型半导体材料上；一第一电极，形成於所述P型半导体材料上，且不完全覆盖所述P型半导体材料；及一第二电极，形成於所述第一N型半导体材料的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域，借以使得在第一电极与第二电极通电流时，在所述第二N型半导体材料与P型半导体材料的界面处发出的光谱具有两个主波峰，而可混合成白光。
2.如权利要求1所述的白色发光二极管，其中，所述N型半导体材料与P型半导体材料均为氮化镓。
3.如权利要求2所述的白色发光二极管，其中，所述第一N型氮化镓可由一N型氮化铝镓取代，所述P型氮化镓可由一P型氮化铝镓取代。
4.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管，包括一基板；一缓冲层，形成於所述基板上，该缓冲层上分为第一区域及第二区域；一第一N型半导体材料，形成於所述缓冲层的第一区域之上；一第二N型半导体材料，形成於所述第一N型半导体材料上；一第一P型半导体材料，形成於所述第二N型半导体材料上；一第二P型半导体材料，形成於所述第一P型半导体材料上，且不完全覆盖所述第一P型半导体材料；一第一电极，形成於所述第二P型半导体材料上；及一第二电极，形成於所述缓冲层的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
5.如权利要求4所述的白色发光二极管，其中，所述缓冲层为一氮化镓缓冲层。
6.如权利要求4所述的白色发光二极管，其中，所述第一N型半导体材料系N型氮化铝镓。
7.如权利要求4所述的白色发光二极管，其中，所述第二N型半导体材料系N型氮化镓。
8.如权利要求4所述的白色发光二极管，其中，所述第一P型半导体材料系P型氮化铝镓。
9.如权利要求4所述的白色发光二极管，其中，所述第二P型半导体材料系P型氮化镓。
10.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管，包括一基板；一缓冲层，形成於所述基板上，该缓冲层上分为第一区域及第二区域；一N型半导体材料，形成於所述缓冲层的第一区域之上；一第一量子井结构，形成於所述N型半导体材料上，可发出波长约550nm至620nm的黄光；一第二量子井结构，形成於所述第一量子井结构，可发出波长约370nm至500nm的蓝光；一第一P型半导体材料，形成於所述第二量子井结构上；一第二P型半导体材料，形成於所述第一P型半导体材料上，且不完全覆盖所述第一P型半导体材料；一第一电极，形成於所述第二P型半导体材料上；及一第二电极，形成於所述缓冲层的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
11.如权利要求10所述的白色发光二极管，其中，所述缓冲层系氮化镓缓冲层。
12.如权利要求10所述的白色发光二极管，其中，所述N型半导体材料系N型氮化铝镓。
13.如权利要求10所述的白色发光二极管，其中，所述第一量子井结构及第二量子井结构均系氮化铟镓量子井结构。
14.如权利要求10所述的白色发光二极管，其中，所述第一P型半导体材料系P型氮化铝镓。
15.如权利要求10所述的白色发光二极管，其中，所述第二P型半导体材料系P型氮化镓。
16.如权利要求12所述的白色发光二极管，其中，所述N型氮化铝镓的化学式为AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
17.如权利要求14所述的白色发光二极管，其中，所述P型氮化铝镓的化学式为AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
18.如权利要求13所述的白色发光二极管，其中，所述第一氮化铟镓量子井结构系包括一氮化铟镓量子井层及位於该氮化铟镓量子井层两侧的氮化铟镓障壁层。
19.如权利要求13所述的白色发光二极管，其中，所述第二氮化铟镓量子井结构系包括一氮化铟镓量子井层及位於该氮化铟镓量子井层两侧的氮化铟镓障壁层。
20.如权利要求13所述的白色发光二极管，其中，所述第一氮化铟镓量子井结构系包括有复数个氮化铟镓量子井及位於每一氮化铟镓量子井层两侧的氮化铟镓障壁层。
21.如权利要求13所述的白色发光二极管，其中，所述第二氮化铟镓量子井结构系包括有复数个氮化铟镓量子井及位於每一氮化铟镓量子井层两侧的氮化铟镓障壁层。
22.如权利要求18或20所述的白色发光二极管，其中，所述氮化铟镓量子井层的化学式为InzGa1-zN，氮化铟镓障壁层的化学式为InyGa1-yN，且1≥z＞y≥0。
23.如权利要求19或21所述的白色发光二极管，其中，所述氮化铟镓量子井层的化学式为InnGa1-nN，氮化铟镓障壁层的化学式为InmGa1-mN，且1≥n＞m≥0。
24.如权利要求22所述的白色发光二极管，其中，所述氮化铟镓量子井层的厚度系介於0.5nm至10nm之间，所述氮化铟镓障壁层的厚度系介於5nm至100nm之间。
25.如权利要求23所述的白色发光二极管，其中，所述氮化铟镓量子井层的厚度系介於0.5nm至10nm之间，所述氮化铟镓障壁层的厚度系介於5nm至100nm之间。
26.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管，包括一基板；一缓冲层，形成於所述基板上，该缓冲层上分为第一区域及第二区域；一N型半导体材料，形成於所述缓冲层的第一区域之上；一第一氮化铟镓量子井结构，形成於所述N型半导体材料上，可发出波长约570nm至650nm的黄光或红光；一第二氮化铟镓量子井结构，形成於所述第一氮化铟镓量子井结构，可发出波长约500nm至555nm的绿光；一第三氮化铟镓量子井结构，形成於所述第二氮化铟镓量子井结构，可发出波长约370nm至500nm的蓝光；一第一P型半导体材料，形成於所述第三氮化铟镓量子井结构上；一第二P型半导体材料，形成於所述第一P型半导体材料上，且不完全覆盖所述第一P型半导体材料；一第一电极，形成於所述第二P型半导体材料上；及一第二电极，形成於所述缓冲层的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
27.如权利要求26所述的白色发光二极管，其中，所述缓冲层系一氮化镓缓冲层。
28.如权利要求26所述的白色发光二极管，其中，所述N型半导体材料为N型氮化铝镓。
29.如权利要求26所述的白色发光二极管，其中，所述第一P型半导体材料为P型氮化铝镓。
30.如权利要求26所述的白色发光二极管，其中，所述第二P型半导体材料为P型氮化镓。
31.如权利要求26所述的白色发光二极管，其中，所述第一量子井结构、第二量子井结构及第三量子井结构均系氮化铟镓量子井结构，且每一氮化铟镓量子井结构均系包括至少一氮化铟镓量子井层及位於该氮化铟镓量子井层两侧的氮化铟镓障壁层。
32.如权利要求28所述的白色发光二极管，其中，所述N型氮化铝镓的化学式可表示为AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
33.如权利要求29所述的白色发光二极管，其中，所述P型氮化铝镓的化学式可表示为AlxGa1-xN，且1≥x＞0。
34.如权利要求31所述的白色发光二极管，其中，在所述第一氮化铟镓量子井结构内，氮化铟镓量子井层的化学式为InzGa1-zN，氮化铟镓障壁层的化学式为InyGa1-yN，且1≥z＞y≥0。
35.如权利要求31所述的白色发光二极管，其中，在所述第二氮化铟镓量子井结构内，氮化铟镓量子井层的化学式为InnGa1-nN，氮化铟镓障壁层的化学式为InmGa1-mN，且1≥n＞m≥0。
36.如权利要求31所述的白色发光二极管，其中，在所述第三氮化铟镓量子井结构内，氮化铟镓量子井层的化学式为InqGa1-qN，氮化铟镓障壁层的化学式为InpGa1-pN，且1≥q＞p≥0。
37.如权利要求31所述的白色发光二极管，其中，所述第一氮化铟镓量子井层、第二氮化铟镓量子井层及第三氮化铟镓量子井层的厚度皆系介於0.5nm至10nm之间，且所述第一氮化铟镓量子井层、第二氮化铟镓量子井层及第三氮化铟镓量子井层的氮化铟镓障壁层的厚度皆系介於5nm至100nm之间。
38.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管，包括一基板；一缓冲层，形成於所述基板上，该缓冲层上分为第一区域及第二区域；一N型半导体材料，形成於所述缓冲层的第一区域之上；复数组氮化铟镓量子井结构，形成於所述N型半导体材料上，氮化铟镓量子井结构的发光光谱主波峰之波长较长者先成长，而後依序成长波长较短者；一第一P型半导体材料，形成於所述复数组氮化铟镓量子井结构上；一第二P型半导体材料，形成於所述第一P型半导体材料上，且不完全覆盖所述第一P型半导体材料；一第一电极，形成於所述第二P型半导体材料上；及一第二电极，形成於所述缓冲层的第二区域上，且不完全覆盖该第二区域。
39.如权利要求38所述的白色发光二极管，其中，所述复数组氮化铟镓量子井结构中，每一组氮化铟镓量子井结构均系包括至少一氮化铟镓量子井层及位於该氮化铟镓量子井层两侧的氮化铟镓障壁层。
40.如权利要求38所述的白色发光二极管，其中，所述复数组氮化铟镓量子井结构的数目约为3至30组。
41.如权利要求38所述的白色发光二极管，其中，所述复数组氮化铟镓量子井结构的数目最好为15组。
42.如权利要求39所述的白色发光二极管，其中，所述氮化铟镓量子井层的厚度皆系介於0.5nm至10nm之间，且所述氮化铟镓量子井层的氮化铟镓障壁层的厚度皆系介於5nm至100nm之间。
43.如权利要求39所述的白色发光二极管，其中，所述氮化铟镓量子井层的铟含量大於在该氮化铟镓量子井层两侧的所述氮化铟镓障壁层的铟含量。
44.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管的制作方法，包括下列步骤(i)提供一基板；(ii)在该基板上依序形成一第一N型半导体材料、一第二N型半导体材料及一P型半导体材料，借以形成白色发光二极管结构；(iii)局部蚀刻P型半导体材料和第二N型半导体材料，使第二N型半导体材料不完全覆盖所述第一N型半导体材料；(iv)分别在P型半导体材料及第一N型半导体材料上镀上第一电极与第二电极，并将所述第一电极界定于不完全覆盖所述P型半导体材料，将所述第二电极界定于不完全覆盖所述第一N型半导体材料。
45.如权利要求44所述的制作方法，其中，所述半导体材料可为氮化镓。
46.如权利要求45所述的制作方法，其中，可用N型氮化铝镓取代所述第一N型氮化镓，并用P型氮化铝镓取代所述P型氮化镓。
47.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管的制作方法，包括下列步骤(i)提供一基板；(ii)在该基板上依序形成一缓冲层、一第一N型半导体材料、一第二N型半导体材料、一第一P型半导体材料及一第二P型半导体材料，借以形成白色发光二极管体系结构；(iii)局部蚀刻第二P型半导体材料、第一P型半导体材料、第二N型半导体材料及第一N型半导体材料，使第一N型半导体材料不完全覆盖所述缓冲层；(iv)分别在第二P型半导体材料及缓冲层上镀上第一电极与第二电极，并将所述第二P型半导体材料与第一电极界定於不完全覆盖所述第一P型半导体材料，将所述第二电极界定於不完全覆盖所述缓冲层。
48.如权利要求47所述的制作方法，其中，所述缓冲层系以氮化镓材料形成。
49.如权利要求47所述的制作方法，其中，所述第一N型半导体材料系以N型氮化铝镓材料形成。
50.如权利要求47所述的制作方法，其中，所述第二N型半导体材料系以N型氮化镓材料形成。
51.如权利要求47所述的制作方法，其中，所述第一P型半导体材料系以P型氮化铝镓材料形成。
52.如权利要求47所述的制作方法，其中，所述第二P型半导体材料系以P型氮化镓材料形成。
53.一种具有光电转换能级距离的白色发光二极管的制作方法，包括下列步骤(i)提供一基板；(ii)在该基板上依序形成一缓冲层、一N型半导体材料、一第一量子井结构、一第二量子井结构、一第一P型半导体材料及一第二P型半导体材料，借以形成白色发光二极管体系结构；(iii)局部蚀刻第二P型半导体材料、第一P型半导体材料、第二量子井结构、第一量子井结构及N型半导体材料，使N型半导体材料不完全覆盖所述缓冲层；(iv)分别在第二P型半导体材料及缓冲层上镀上第一电极与第二电极，并将所述第二P型半导体材料与第一电极界定於不完全覆盖所述第一P型半导体材料，将所述第二电极界定於不完全覆盖所述缓冲层。
54.如权利要求53所述的制作方法，更包括在成长第二量子井结构之後，成长第一P型半导体材料之前，成长一第三量子井结构的步骤。
55.如权利要求53所述的制作方法，其中，所述缓冲层系以氮化镓材料形成。
56.如权利要求53项的制作方法，其中，所述N型半导体材料系以N型氮化铝镓材料形成。
57.如权利要求53或54所述的制作方法，其中，所述第一P型半导体材料系以P型氮化铝镓材料形成。
58.如权利要求53所述的制作方法，其中，所述第二P型半导体材料系以P型氮化镓材料形成。
59.如权利要求53所述的制作方法，其中，所述量子井结构均系利用氮化铟镓材料形成。
60.如权利要求54所述的制作方法，更包括在成长第三量子井结构之後，成长第一P型半导体材料之前，成长复数组量子井结构的步骤，且所述量子井结构的发光光谱主波峰之波长较长者先成长，而后依序成长波长较短者。
61.如权利要求60所述的制作方法，其中，所成长的所述量子井结构的数目约介於3至30组之间，且每一组量子井结构均系包括至少一量子井层及位於该量子井层两侧的障壁层。
62.如权利要求61所述的制作方法，其中，所述量子井结构均系利用氮化铟镓材料形成。
全文摘要
一种具有两个以上的光电转换能级距离的白色发光二极管及其制作方法,主要是利用晶体的取向生长形成PN二极管时,借由调变晶体取向生长时的温度、压力、氨气流流量、载子气体比例、或加入镁、硅等掺杂质,在特定的参数范围内,使PN二极管接面的发光光谱具有两个主波峰,然后控制主波峰的发光波长及强度,即可调变出白光。另外,亦可利用在PN二极管结构中,成长量子井结构,同样调变晶体取向生长时的参数,使量子井结构的发光光谱具不同的主波峰,借由结合两个或三个主波峰以调变出白光。
文档编号H01L33/00GK1245352SQ98117179
公开日2000年2月23日 申请日期1998年8月14日 优先权日1998年8月14日
发明者陈金源, 黄兆年, 黄斐章, 洪铭煌, 林耕华 申请人:财团法人工业技术研究院