[发明专利]稀土活化的氮化铝粉末及制造方法

说明书

相关申请

本申请要求在2006年1月31日提交的美国临时申请No.60/763689 的优先权。本申请是在2005年8月2日提交的共同未决的美国申请No. 11/161403的部分继续申请，该申请No.11/161403是在2004年8月13 日提交的美国申请No.60/601382的正式申请，其公开内容通过引用并 入本文。

关于联邦资助研究的声明

根据DOE授予的DE-FC26-04NT42274通过政府资助做出本发明。

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)，更具体地，涉及产生白光发射的 发光二极管。

背景技术

固态照明设备使用几种方法来产生白光。颜色混合方法将来自三种 单色LED的红光、绿光和蓝光发射组合起来产生白光。由于每个单色 LED光源可具有高的内部量子效率，因此这种装置可以以相对高的每 瓦流明来产生白光。但是，三个LED所需要的空间可能存在问题，并 且用于将它们放在一起的封装也很麻烦。波长转换方法使用发射紫外线 (UV)的LED来产生UV光(一般为约380nm到约420nm)，然后 通过使用通过UV光激发的三混(triblend)磷光体系统将其转变成白 光。这与在已知的Hg放电荧光灯中产生白光的方式类似。但是，大多 数常规的光致发光磷光体是通过由汞放电所发射的254nm辐射而不是 波长更长的LED的UV辐射的激发来优化。另外的工作仍然是开发与 发射UV的LED一起使用的全波段磷光体。第三种方法是组合方法， 其中GaInN LED提供蓝光发射，并且通过磷光体将蓝光发射的一部分 转变成互补发射。已通过使用宽频带发射体(具体而言为铈活化的钇铝 石榴石Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺(YAG:Ce³⁺))开发了基于该设计的白光源。该设 计避免与在被转变成可见光子的380nm处的较高能量UV光子相关的 大斯托克斯频移。已提出了使用被称作无源层的第二半导体层类似的设 计，该无源层用InGaP合金部分地将来自InGaN的450nm处的发射 转变成620nm附近的红色光子。它基本上是InGaN作为活性层和 InGaP作为无源层的双异质结结构；InGaP用作磷光体。

照明设备中的磷光体存在各种工程问题，诸如缺少稳定性、在环氧 树脂圆顶中劣化、涂层均匀性和可见光的散射，如果照明设备不包含磷 光体，则所有这些问题都可避免。本文所用的术语磷光体是指光致发光 材料，即将一种能量的光子转换成不同能量的光子的材料。

发明内容

在一个优选的实施方案中，美国专利申请公开No.2005/0253162描 述了用基于氮化物的发光二极管(LED)产生白光，其中一个或更多个 基于氮化物的层掺杂有合适的发光离子。这种固态光源将不需要任何磷 光体外部涂层来转换在正向偏压条件下通过引入该区域中的电子和空 穴复合所产生的光。另外，由于通过激活剂离子处的光子-空穴(e-h) 对复合所发射的光子会发生显著的斯托克斯频移，因此，与通过使用磷 光体将带缘发射转变为白光相比，光子提取效率将更高。这些光子的能 量将远低于材料吸收系数低的基质材料的带隙。由于材料的高介电常数 所引起的全内反射，所以在氮化物中产生的光子在材料内具有较长的约 束时间。当在带缘附近出现发射时，像激子发射或基质发射的情形一样， 由于再吸收，因此只有少部分的发射光子可逃离氮化物基质。人们认为， 这是对通过具有激子发射或基质发射的氮化层所发射的光子的提取效 率较低的原因。但是，来自稀土离子的发射会出现在明显小于带隙的能 量上。因此，尽管由于全内反射导致较长的驻留时间，但是这些光子会 具有更好的逃离装置的机会，从而增强固态光源的总效率。

为了设计这种无磷光体的固态光源，需要优化组成以提高效能，并 且优化显色指数(color rendering index)以产生白光产生。期望可以通 过调整带缘发射以使其与荧光离子的激发峰相一致来实现这点。一旦确 定激活剂离子在氮化物基体中的激发峰，就可通过改变氮化物合金的组 成来调整带缘发射。由于来自激活剂离子的荧光依赖于从基质的能量转 移，因此还可调整激活剂离子浓度以增强总的荧光效率。