[发明专利]可调波长发光二极管

说明书

技术领域

本发明概括来说涉及发光二极管，以及制造发光二极管的方法。

背景技术

发光二极管(LED)已经用于许多应用中，例如室外全色显示器，交通 信号灯，数据存储，固态发光和通信。目前，LED仅可以发出特殊波长的 光。白LED由三个单独的LED组成，该三个LED发出蓝，绿和红三原色 的光。传统的二极管由无机化合物半导体，典型地由AlGaAs(红)， AlInGaP(橙-黄-绿)和InGaN(绿-蓝)制成。这些二极管发出与化合物半导体 的能带隙对应频率的单色光。这些不同材料的降解时间的差异会随着时间 流逝引起获得的白光程度的问题。这也用于基于磷的白LED，其中磷的不 同的降解速率会使得器件产生白光的寿命短于器件本身的寿命。由于该器 件必须加入磷层，因此该方法另外的问题包括发光效率低，原料损耗以及 复杂的封装，这样会导致LED不可靠。在全色显示器中，LED用在背景 光中，实质是，对于成波长，各个组LED发出恒定强度比的光。

在基于磷的LED中，可以使用磷覆层以将蓝LED转换为更宽光谱的 光，典型地是黄光。黄光和蓝光的组合可以发出白光。作为替换，多磷混 合可以用于产生例如三色红绿蓝(RGB)的光。但是，由于磷仅能发出特殊 波长的光，因此，黄，绿或蓝绿的程度不可调。并且，由于每个蓝，绿和 红LED必须独立处理，以及需要反馈，因此，该方法昂贵和复杂。

在LED中，由于基于三族氮化物的LED能够利用二元和三元合金， 例如AlN，Al_xGa_1-xN，In_yGa_1-yN和InN使得它们的能带隙变化且覆盖了从 紫外线至红外线很宽的发射谱范围，因此，它们在光电子领域中引起了很 大兴趣。InGaN/GaN多量子阱(MQW)经常用在基于三族氮化物的LED和 激光二极管(LD)的有源区域中。但是，InGaN/GaN MQW的外延生长施加 了很大的挑战，尤其是当在长波应用，例如绿色或红色LED中，必须要加 入高In含量时。并且，随着波长增加或者加入的In增高，发光的光输出 效率也易于降低。降低生长温度会导致加入的In增加，但是随着水晶质量 的恶化，光致发光(PL)的强度会降低。

最近，Chua等[Soo Jin Chua等.US 2004/0023427 A1，公开日期：2004 年2月5日]已经研究了铟量子点以实现PL发射中的红移。在MOCVD生 长期间，利用三甲基铟(TMIn)作为抗表面活性剂形成了嵌入在单个和多个 In_xGa_1-xN/In_yGa_1-yN量子阱(QW)中的氮化铟(InN)和富铟的氮化镓铟(InGaN) 量子点，并且光致发光波长已经从480移至530nm[J.Zhang et al.Appl.Phys. Lett.V80，p485-487，2002]。但是，利用该技术的LED的生长仅可以从MQW 中发出绿光。目前不可能从InGaN/GaN中获得红光。Perez-Solorzano和合 作者[Perez-Solorzano et al.Appl.Phys.Lett.v87，p163121-1，2005]已经报告 了来自位置可控的锥形InGaN量子点(QD)的近红外光。但是没有报告基于 GaN的LED会发红光。利用AlInGaP已经实现了实际可见的红-橙和黄光 源，而鲜绿，蓝和紫LED由基于GaN的材料系统制造。但是，即使这些 二极管叠加在一起能够发出具有充分亮度的全色显示，但是也没有单个的 MQW结构可以发出具有可调波长的光。

美国专利申请公开文本US 2005/0082543公开了制造宽能带隙材料和 光电子器件的低缺陷的纳米结构的方法。一种纳米平板限定的模板用于形 成宽能带隙材料的纳米结构且已经用于制造少磷的单色白光发光二极管。 该制造方法包括改变QD的尺寸以产生不同波长的光。通过混合不同尺寸 的QD以产生30％的红光，59％的绿光和11％的蓝光，从而共同产生白光。 纳米图形的衬底包括利用平版技术从而使用SiO₂或其它掩模图形。这样， 该制造方法需要特殊的模板以形成QD图形从而发出不同颜色的光，这将 增加最终的LED的复杂性和费用。