專利名稱：多波長發(fā)光二極管芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管芯片，尤其是指一種具有量子點層而能發(fā)出多波長光的多波長發(fā)光二極管芯片。
背景技術(shù)：
由于近代石化能源逐漸匱乏，對節(jié)能產(chǎn)品需求日益擴大，因此發(fā)光二極管(LED )的技術(shù)有長足的進步。在石油價格不穩(wěn)定的條件下，全球各個國家都積極地投入到節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)，并且由于全球各國政府禁用汞的環(huán)保政策，也驅(qū)使研究人員投入白光發(fā)光二極管的研發(fā)與應(yīng)用。在全球環(huán)保風潮方興未艾之際，被喻為綠色光源的發(fā)光二極管符合全球的主流趨勢，例如將發(fā)光二極管應(yīng)用于省電燈泡便是這一趨勢下的產(chǎn)物。另外，隨著發(fā)光二極管技術(shù)的進步，白光或其它顏色(例如藍光)發(fā)光二極管的應(yīng)用也逐漸廣泛。
發(fā)光二極管除了有耗電低、不含汞、壽命長、二氧化碳排放量低等優(yōu)勢外，還普遍應(yīng)用于3C產(chǎn)品指示器與顯示設(shè)備上；而且隨著發(fā)光二極管生產(chǎn)良率的提高，單位制造成本也已大幅降低，因此發(fā)光二極管的需求持續(xù)增加。綜上所述，目前開發(fā)高亮度的發(fā)光二極管已成為各國廠商的研發(fā)重點，然而，如何將發(fā)光二極管的應(yīng)用做進一步的提升，就是在改良上所應(yīng)著重的焦點。過去曾有提出過量子點的概念，量子點是將電子、空穴及激子(Exciton)在立體三維空間方向上束縛住的半導體納米結(jié)構(gòu)。這種束縛可以歸納為靜電位在兩種不同半導體材料的接口上的差異。另外，量子點本身具有分離的量子化能譜，這是因為塊狀半導體因晶體尺寸遠大于激發(fā)子波爾半徑，使電子空穴對得以在較遠距離上自由分離，但如果晶體尺寸小于激發(fā)子波爾半徑，例如量子點納米晶粒體，那么電子空穴對只能局限在近距離，能階不再是連續(xù)性。在這里，其產(chǎn)生的獨特性質(zhì)即為量子效應(yīng)，也就是說，當量子點處的顆粒尺寸為納米等級時，將會引起尺寸效應(yīng)、量子局限效應(yīng)、穿遂效應(yīng)和表面效應(yīng)，進而展現(xiàn)不同于宏觀世界中的物理化學性質(zhì)。由上文所知，量子尺寸效應(yīng)概略地來說，是通過控制量子點的形狀、結(jié)構(gòu)和尺寸，就可以調(diào)節(jié)其能量間隙、激子束縛能的大小以及激子的能量藍光位移等電子狀態(tài)。隨著量子點尺寸的逐漸減小，量子點的光吸收譜將會出現(xiàn)藍移現(xiàn)象，并且尺寸越小，光譜的藍移現(xiàn)象也將越發(fā)顯著。在現(xiàn)有技術(shù)中，曾經(jīng)有將量子點應(yīng)用于發(fā)光二極管的封裝，使量子點的納米晶體散布于封裝體中，通過這種方法提升發(fā)光效率及效果。然而，如何將量子點的特性在發(fā)光二極管領(lǐng)域做更深入的應(yīng)用，即是所面臨的課題。所以本發(fā)明針對發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)做出特別設(shè)計，使發(fā)光二極管的芯片再利用量子點的特性后能進一步發(fā)揮更好的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，是提供一種多波長發(fā)光二極管芯片，其除了發(fā)光層所能發(fā)出的一波長的光之外，還可另通過半導體光致發(fā)光材料所構(gòu)成的量子點層，進而再發(fā)出另一波長的光。本發(fā)明的次要目的，是提供一種多波長發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)上具有一量子點層，而且該量子點層中的納米晶體大小可以影響出光顏色，因此僅需調(diào)整所使用的納米晶體徑粒大小，即可制做出可發(fā)出不同色光的發(fā)光二極管芯片。本發(fā)明的另一目的，是提供一種多波長發(fā)光二極管芯片，其所具有的量子點層受到透明導電層或介電層的保護，可以穩(wěn)定的維持出光效率。本發(fā)明的再一目的，是提供一種多波長發(fā)光二極管芯片，其所具有的量子點層可為點狀散布的部分覆蓋，可獲得更好的光混合效果。為了達到上述的目的，本發(fā)明公開了一種多波長發(fā)光二極管芯片，其包括一第一半導體層；一發(fā)光層，設(shè)于該第一半導體層上；一第二半導體層，設(shè)于該發(fā)光層上；及一量 子點層，設(shè)于該第二半導體層上；其中，該量子點層為一半導體光致發(fā)光材料，并可發(fā)出一光波長。


圖1是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖2是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖3是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖4是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖5是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖6是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意 圖7是為本發(fā)明的一種較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖所示的具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光二極管，由于僅通過發(fā)光層產(chǎn)生光波長，或是將量子點散布于封裝體內(nèi)，在發(fā)光表現(xiàn)上的靈活性及效果未臻完美，或是無法將量子點的特性發(fā)揮做到穩(wěn)定的控制，所以本發(fā)明針對這些缺點，將量子點制作為量子點層，并設(shè)置于能較佳表現(xiàn)其特性的結(jié)構(gòu)位置，達成優(yōu)異的出光效果。首先，請參考圖1，本發(fā)明的多波長發(fā)光二極管芯片，其包括一第一半導體層10 ；一發(fā)光層20 第二半導體層30 ;及一量子點層40。其中，該發(fā)光層20設(shè)于該第一半導體層10上；該第二半導體層30設(shè)于該發(fā)光層20上；該量子點層40則設(shè)于該第二半導體層30上。然而除了上述組件之外，本發(fā)明還包括了一第一電極90與一第二電極100，該第一電極90設(shè)于該第一半導體層10上,該第二電極100則是設(shè)于該量子點層40上。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征在于量子點層40的設(shè)置，其為一半導體光致發(fā)光材料，并可發(fā)出一光波長。更確切的描述，該半導體光致發(fā)光材料是一種尺寸介于I 15納米的納米晶體，其組成元素是由II B- VIA族、III B-VA族或IV B-VIA族元素所組成的化合物，例如硒化鎘、硒化鋅、硫化鉛、磷化銦、硫化鎘、氧化鎘、硫化銅銦、硫化銀銦或是硒化銅銦等。本發(fā)明所采用的半導體光致發(fā)光材料即是選自于上述化合物；并且這些化合物具有高光吸收率、高轉(zhuǎn)換效率、高溫下穩(wěn)定，以及不會發(fā)生史托克位移(Stokes shift)的優(yōu)點。當量子點層40的納米晶體在受到足夠的外加電壓后，將會因為穿遂效應(yīng)(Tunneling effect)，使其電子可以跳躍入鄰近的量子點區(qū)域。在這量子點層40中，這些納米晶體可被視一個個的量子點，而所能發(fā)出的光就會受到各量子點區(qū)域的能量間隙影響，這種能量間隙會隨著納米晶體的大小而改變，納米晶體越大，能量間隙就會越小，光波長越偏紅；納米晶體越小，能量間隙就會越大，光波長就會越偏藍。因此，在量子點層40所能發(fā)出的該光波長，是為藍光波長或紅光波長，然而最終發(fā)出是哪種光波長，受所采用的這些納米晶體大小而定。
在這量子點層40的設(shè)置下，除了發(fā)光層20本身所能發(fā)出的光波長外，量子點層40也可發(fā)出藍光波長或紅光波長，使本發(fā)明為具有多波長的發(fā)光二極管芯片，不但可以提升發(fā)光二極管芯片的發(fā)光效率，而且可通過多波長的混合，使發(fā)光二極管芯片的出光效果在光譜控制上有較大的選擇性，提升發(fā)光二極管芯片的應(yīng)用范圍，具有極佳的經(jīng)濟效益。然而除了量子點層40的設(shè)置外，在其設(shè)置位置上也有所取舍；為了使量子點層40所能提供的效率及效應(yīng)能達到較佳狀態(tài)，本發(fā)明將量子點層40設(shè)置于第二半導體層30上，使所能發(fā)出的光波長不會受到第二半導體層30的遮蔽阻擋，不會因為需通過第二半導體層30而受到強度減弱，保持良好的出光效率及效應(yīng)。另外本發(fā)明除了前述組件外，為了進一步確保良好的發(fā)光效果，請參考圖2，本發(fā)明更進一步包括了一透明導電層50，設(shè)于該量子點層40上。該透明導電層50的材質(zhì)為銦錫氧化物，也就是為銦氧化物(In2O3)和錫氧化物(SnO2)的混合物，通常是采用質(zhì)量比為90%的In2O3與10%的Sn02。其處于薄膜狀態(tài)時為透明無色，并且具有導電性。制作方法經(jīng)由電子束蒸發(fā)、物理氣相沉積，或是濺射沉積技術(shù)等方法，制做出該透明導電層50。如圖2所示，當將透明導電層50設(shè)于量子點層40上時，量子點層40介于透明導電層50與第二半導體層30之間。借助著透明導電層50，可使第一電極90的電流能較均勻地分布在整個量子點層40，使量子點層40能較均勻發(fā)光。由于透明導電層50為透明無色，所以量子點層40與發(fā)光層20所綜合產(chǎn)生的多波長光仍可順利出光。然而量子點層40除了全面覆蓋透明導電層50與第二半導體層30之間以外，通過蝕刻或是其他方法，量子點層40可以采用部分覆蓋的方式設(shè)置于第二半導體層30上，這時量子點層具有若干個間隙401，因此量子點層40是以非全平面的方式散布于第二半導體層30與透明導電層50之間，請參考圖3 ;如圖所示，由于量子點層40受到間隙401的影響而不為完全覆蓋，其未覆蓋的部分即由透明導電層50所填滿，這時量子點層40的光并非全平面地產(chǎn)生，而是均勻零星地散布，因此可以和發(fā)光層20的光部分混合，搭配發(fā)光層20未經(jīng)混合的光，可有更均勻的光波長混合效果。除了透明導電層50夕卜，本發(fā)明還可更進一步包括一介電層60，設(shè)于該透明導電層50上。為了避免透明導電層50與量子點層40受到外界后續(xù)的封裝動作而受到損傷，影響產(chǎn)品的良率及穩(wěn)定性，所以請參考圖4，本發(fā)明可將介電層60設(shè)置于透明導電層50上，這時量子點層40與透明導電層50受到介電層60的保護，所以可以穩(wěn)定其發(fā)光表現(xiàn)。本發(fā)明的基本設(shè)計為橫式發(fā)光二極管，然而這量子點層40也可以應(yīng)用于垂直式發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)設(shè)計。請參考圖5，在應(yīng)用在垂直式發(fā)光二極管芯片時，本發(fā)明的多波長發(fā)光二極管芯片除了包括第一半導體層10 ;發(fā)光層20 ;第二半導體層30 ;及量子點層40夕卜，請參考圖6，另包括一金屬反射層70。然而在結(jié)構(gòu)上，發(fā)光層20設(shè)于第一半導體層10下；第二半導體層30設(shè)于發(fā)光層20下；量子點層40，設(shè)于第二半導體層30下；金屬反射層70設(shè)于量子點層40下方。如同橫式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，這種垂直式結(jié)構(gòu)中的量子點層40也為一半導體光致發(fā)光材料，并可發(fā)出一光波長。另外與外接電壓所鏈接的則是第一電極90與第二電極100,第一電極90設(shè)于第一半導體層10上，第二電極100則是設(shè)于量子點層40下；若是設(shè)有金屬反射層70，那么第二電極100設(shè)于金屬反射層70下。 在這種結(jié)構(gòu)中，量子點層40所產(chǎn)生的光波長除了由上方穩(wěn)定出光之外，通過金屬反射層70將向下發(fā)散的光波長反射回上方，進而達到提升發(fā)光效率的目的。同時，這種結(jié)構(gòu)中的量子點層40通過蝕刻或是其他方法，讓量子點層40部分覆蓋于金屬反射層70上，這時量子點層40可具若干個間隙401散布，所以量子點層40是以非全平面的方式散布于第二半導體層30與金屬反射層70之間，請參考圖7 ;如圖所示，由于量子點層40受到這些間隙401的影響而為不完全覆蓋，未覆蓋的部分由金屬反射層70的材質(zhì)所填滿；這時量子點層40所產(chǎn)生的光并非以全平面出現(xiàn)，而是均勻零星地散布，因此可以和發(fā)光層20的光部分混合，搭配發(fā)光層20未經(jīng)混合的光，可有更均勻的光波長混合效果。通過本發(fā)明具有量子點層40的設(shè)置，借助著其半導體光致發(fā)光材料中的納米晶體所提供的量子能量間隙，使電子在躍遷時得以發(fā)出藍光波長或是紅光波長，使本發(fā)明的多波長發(fā)光二極管芯片能夠提供不止一種光波長；并且通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，使量子點層40的出光效果能達到較佳狀態(tài)，確保多波長發(fā)光二極管的高出光效率以及廣泛應(yīng)用效益的目標得以達成。應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，包括 一第一半導體層； 一發(fā)光層，設(shè)于所述第一半導體層上； 一第二半導體層，設(shè)于所述發(fā)光層上 '及 一量子點層，設(shè)于所述第二半導體層上； 其中，所述量子點層為一半導體光致發(fā)光材料，并可發(fā)出一光波長。
2.如權(quán)利要求1所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述半導體光致發(fā)光材料為若干個納米晶體，所述納米晶體尺寸大于與等于I納米，且小于或等于15納米。
3.如權(quán)利要求1所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述半導體光致發(fā)光材料包括選自II B-VIA族、IIIB- V A族以及IV B-VIA族元素所組成的化合物群組其中之一。
4.如權(quán)利要求1所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述半導體光致發(fā)光材料包括選自硒化鎘、硒化鋅、硫化鉛、磷化銦、硫化鎘、氧化鎘、硫化銅銦、硫化銀銦以及硒化銅銦所組成的群組其中之一。
5.如權(quán)利要求1所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述光波長為藍光波長或紅光波長。
6.如權(quán)利要求1所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，還包括一透明導電層，設(shè)于所述量子點層上。
7.如權(quán)利要求1所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述量子點層覆蓋于所述第二半導體層上的至少一部分。
8.—種多波長發(fā)光二極管芯片,其特征在于,包括 一第一半導體層； 一發(fā)光層，設(shè)于所述第一半導體層下； 一第二半導體層，設(shè)于所述發(fā)光層下；及 一量子點層，設(shè)于所述第二半導體層下； 其中，所述量子點層為一半導體光致發(fā)光材料，并可發(fā)出一光波長。
9.如權(quán)利要求8所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，還包含一金屬反射層，設(shè)于所述量子點層下。
10.如權(quán)利要求9所述的多波長發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述量子點層覆蓋于所述金屬反射層上的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多波長發(fā)光二極管芯片，通過其具有納米等級的光致發(fā)光材料所組成的量子點層，使整體發(fā)光二極管芯片除了發(fā)光層之外，還能產(chǎn)生其余波長的光；通過調(diào)控量子點層中納米晶體的顆粒大小，憑借著多波長光的優(yōu)勢，本發(fā)明在發(fā)光二極管芯片出光顏色的表現(xiàn)上將更具靈活性。
文檔編號H01L33/04GK103022287SQ20121045915
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者徐國偉, 葉俊逸, 丁逸圣, 鄭惟綱, 潘錫明 申請人:璨圓光電股份有限公司