CN108400211A - 一种具有多种波长的发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明有关一种具有多种波长的发光二极管，至少具有若干区域的衬底及与若干区域的衬底对应的外延层，外延层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，若干区域的衬底具有不同高度和间距的图案，与若干区域的外延层对应的有源层具有不同的In含量和出光波长，仅通过改变衬底图案即可在同一衬底上构成多种波长出光的外延层。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，具体涉及一种具有多波长的发光二极管。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diodem，简称LED）由于其高效的发光效率，目前已经广泛的应用在背光、照明、车灯、装饰、显示器等各个光源领域。现有技术主要通过调整发光二极管有源层的组分和生长温度来调整有源层激发出光的波长，如果需要将多种波长的发光二极管设置于应用端，则制作工序较为复杂。
发明内容
为解决背景技术中的问题，本发明的主要目的在于提供一种具有多波长的发光二极管，简化现有多波长发光二极管的制作工艺而实现可兼具多波长出光的发光二极管。
为达到上述目的，本发明公开了一种具有多种波长的发光二极管，至少具有若干区域的衬底及与各区域的衬底对应的外延层，外延层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，各区域的衬底在与外延层接触的表面具有不同高度、不同间距的衬底图形，各区域的衬底对应的外延层的有源层具有不同含量的In，各区域的衬底对应的外延层受激发后出光波长不同，在本发明中可以通过在同一块衬底上制作不同的图形，从而制作出不同波长的外延层。
根据本发明，出光波长包括紫外波长、蓝光波长、绿光波长、红光波长、红外波长或者以上波长任意组合，即激发出光可覆盖全色系波长。
在一些实施例中，优选的，蓝光波长对应的衬底图形的高度为1.5~2.0μm。
根据该实施例，优选的，蓝光波长对应的衬底图形的间距为1.8~2.2μm。
根据该实施例，优选的，蓝光波长对应的外延层的有源层In含量为18%~22%。
在一些实施例中，优选的，绿光波长对应的衬底图形的高度为0.5~1.5μm。
根据该实施例，优选的，绿光波长对应的衬底图形的间距为0.8~1.2μm。
根据该实施例，优选的，绿光波长对应的外延层的有源层In含量为30%~35%。
在一些实施例中，优选的，各区域的衬底对应的外延层之间设置有阻挡层。
根据该实施例，优选的，阻挡层材料为SiO2或SiNx。
根据该实施例，优选的，阻挡层高于相邻衬底图形中较低者的高度。
在一些实施例中，优选的，各区域的衬底之间具有沟槽。
根据本发明，优选的，有源层包括InGaN。
根据本发明，优选的，发光二极管的芯片尺寸为100μm *100μm以内，即本发明可以运用于微发光二极管的制作。
根据本发明，优选的，各区域的衬底对应的外延层的有源层的InGaN晶格常数不同。
根据本发明，优选的，衬底图形包括棱台、直方柱、圆台、圆柱、圆锥、棱锥、半球体或前述的任意组合。
根据本发明，优选的，各区域的衬底对应的外延层的有源层的InGaN晶格常数不同。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为第一个实施例的发光二极管示意图；
图2为第二个实施例的发光二极管示意图；
图3为第三个实施例的发光二极管示意图；
图4为第四个实施例的发光二极管示意图。
附图标示：100、衬底，110~112、衬底图形，200、第一半导体层，300、有源层，400、第二半导体层，500、阻挡层，600、沟槽，700、波长转换材料。
具体实施方式
下面便结合附图对本发明若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。
应当理解，本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。进一步理解，当在本发明中使用术语“包含”、"包括"时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、组件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、组件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外，本发明所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
本发明提供了一种具有多波长的发光二极管，简化现有多波长发光二极管的制作工艺而实现制作集成多波长出光的发光二极管器件。
本发明公开的一种具有多种波长的发光二极管，至少具有若干区域的衬底100及与各区域的衬底对应的外延层，外延层包括第一半导体层200、有源层300和第二半导体层400，各区域的衬底在与外延层接触的表面具有不同高度、不同间距的衬底图形110，各区域的衬底对应的外延层的有源层300具有不同含量的In，各区域的衬底对应的外延层受激发后出光波长不同，在本发明中可以通过在同一块衬底上制作不同的图形，在同一外延制程下制作出不同波长的外延层。通过底层图形变化造成外延半导体材料的堆叠应力不同，形成不同的外延材料晶格，依照晶格大小不同，造成堆叠时In组份不同，形成外延堆叠时激发出光波长的偏移。
根据本发明，在同一衬底100上，其同时生长出来的外延层可以包含多种出光，而不需要额外的外延生长步骤，出光波长包括紫外波长、蓝光波长、绿光波长、红光波长、红外波长或者以上波长任意组合，即激发出光可覆盖全色系波长，满足不同波长的在同一发光二极管芯粒上的组合需求。
参看图1，本发明提供的第一个实施例为一种发光二极管，一种具有多种波长的发光二极管，至少具有若干区域的衬底及与各区域的衬底对应的外延层，衬底100与外延层相接触的表面具有衬底图形110，衬底图形110包括棱台、直方柱、圆台、圆柱、圆锥、棱锥、半球体或前述的任意组合。外延层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，有源层的材料包括InGaN，在本实施例中优选的有源层为InGaN/GaN的多量子阱结构，至少其中一个区域的衬底对应的外延层受激发后出光为蓝光波长，该波长为400~480nm，为了实现该波长，在本实施例中优选的，衬底图形110为圆锥型，蓝光波长对应的衬底图形111的高度hB为1.5~2.0μm，蓝光波长对应的衬底图形111的间距dB为1.8~2.2μm。在上述衬底图形111提供的生长界面，最终生长对应的外延层的有源层In含量为18%~22%。
在该实施例中，还具有一个区域的衬底对应的外延层受激发后出光为绿光波长，该波长为500~560nm，在本实施例中优选的，衬底图形112为圆锥型，绿光波长对应的衬底图形112的高度hG为0.5~1.5μm，绿光波长对应的衬底图形112的间距dG为0.8~1.2μm。绿光波长对应的外延层的有源层In含量为30%~35%。
从整体上，可以看出本实施例至少可以通过改变衬底图形110在同一衬底100同时外延生长制作出受电激发后兼具蓝光和绿光出光的发光二极管。
参考图2，本发明提供的第二种实施例，在上述发光二极管外延结构的基础上，在各区域的衬底对应的外延层之间设置阻挡层500，利用阻挡层500避免或降低成长时外延底层材料的相互干扰。本实施例提供的阻挡层500材料为SiO2或SiNx。阻挡层500高于相邻衬底图形110中较低者的高度，基本可实现良好的抗干扰作用。
跟上述阻挡层500效果类似的，本发明提供一种实施例，在第一个实施例的基础上，各区域的衬底之间具有沟槽600，沟槽600提供了一定的抗干扰作用。
参看图3，本发明提供的第三种实施例，即将上述各个实施例运用到发光二极管的芯片尺寸为100μm *100μm以内的微型芯片上，通过本发明的同时生长技术，将不同波长的外延层集成到一块微发光二极管芯片上，相比其他现有技术，本发明技术能有效减小发光二极管芯片的体积、简化工艺流程的作用。
参看图4，本发明提供的第四种实施例，该实施例为一种发光装置，发光装置可以是由发光二极管组成的发光组件或者发光封装件，该实施例在实施例1的基础上，在部分蓝光外延层的对应发光装置区域设置波长转换材料700，例如本实施例在第二半导体层上方覆盖波长转换材料700，将部分蓝光或者绿光转换成红光，常用的波长转换材料例如荧光粉。以利用同一芯粒可实现红、绿、蓝的三基色显示功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种具有多种波长的发光二极管，至少具有若干区域的衬底及与各区域的衬底对应的外延层，外延层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，其特征在于：各区域的衬底在与外延层接触的表面具有不同高度、不同间距的衬底图形，各区域的衬底对应的外延层的有源层具有不同含量的In，各区域的衬底对应的外延层受激发后出光波长不同。
2.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：出光波长包括紫外波长、蓝光波长、绿光波长、红光波长、红外波长或者以上波长任意组合。
3.根据权利要求2所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：蓝光波长对应的衬底图形的高度为1.5~2.0μm。
4.根据权利要求3所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：蓝光波长对应的衬底图形的间距为1.8~2.2μm。
5.根据权利要求2、3、4中任意一项所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：蓝光波长对应的外延层的有源层In含量为18%~22%。
6.根据权利要求2所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：绿光波长对应的衬底图形的高度为0.5~1.5μm。
7.根据权利要求6所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：绿光波长对应的衬底图形的间距为0.8~1.2μm。
8.根据权利要求2、6、7中任意一项所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：绿光波长对应的外延层的有源层In含量为30%~35%。
9.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：各区域的衬底对应的外延层之间设置有阻挡层。
10.根据权利要求9所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：阻挡层材料为SiO2或SiNx。
11.根据权利要求9所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：阻挡层高于相邻衬底图形中较低者的高度。
12.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：各区域的衬底之间具有沟槽。
13.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：有源层的材料包括InGaN。
14.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：发光二极管的芯片尺寸为100μm *100μm以内。
15.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：衬底图形包括棱台、直方柱、圆台、圆柱、圆锥、棱锥、半球体或前述的任意组合。
16.根据权利要求1所述的一种具有多种波长的发光二极管，其特征在于：各区域的衬底对应的外延层的有源层的InGaN晶格常数不同。
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