[发明专利]发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)，更具体地涉及白光LED，不过它也可以被用于其它颜色的LED中。

背景技术

由于世界范围的能量短缺不断加剧以及全球变暖的威胁，目前，白色固态照明设备(主要基于具有黄色磷光体的III-氮化物蓝色LED芯片)的发展变得极其重要。目前商用的白色发光二极管(LED)一般是基于具有高结晶品质的蓝色外延晶圆制得，通常非常昂贵。这也使得这样的LED具有高的价格并因而限制了它们在普通照明中的应用。因此，需要发展一种制造LED(尤其是白色LED)的新技术，该LED具有更高的发光效力但是具有能被市场容易地接受的低廉价格，从而替代传统的照明源。然而，为了进一步提高白色LED的发光效力，存在许多挑战。

首先，更高发光效力的白色LED需要具有高内量子效率(IQE)的蓝色-LED。普遍接受的是LED的IQE由LED外延晶圆的结晶品质确定。通过优化外延生长来进一步改善发光效力是极其困难的。

IQE能通过LED的发射层诸如量子阱(QW)层与沉积在近QW处的一些特定金属(其具有与发射层的发射能量接近或相同的等离子体激元能量)之间的表面等离子体激元(SP，surface plasmon)耦合效应而显著改善，意味着能使用标准的LED外延晶圆(即使没有最好的结晶品质)能实现非常高的IQE。然而，由这样的SP耦合产生的内量子效率的提高仅有效地应用于具有薄覆盖GaN层(几纳米厚)的表面QW(不是多QW)结构中，而具有高性能的几乎所有蓝色外延晶圆需要多量子阱(MQW)发射区和厚p-型GaN覆盖层(～200nm厚)。

已经提出通过以下步骤在LED的发射层中沉积金属岛(island)：在紧邻形成发射层之前或在形成发射层期间暂停外延生长，沉积金属岛，然后继续发射层的外延生长和剩余的LED。然而，由于前体的未使用，像这样的方法需要非原位沉积。另外，这样的金属岛的沉积将导致发射层的光学性能的大量退化，其最终会终止发射。在实践中，该方法会使发射层的晶格结构退化并且最后可以导致LED的故障。

第二，在当前的磷光体转换白色LED的制造中存在自吸收问题。这指的是因为磷光体的发射波长通常接近其吸收波长，所以在器件内产生的光被磷光体再次吸收，降低了整体效率。

另一问题是如何进一步提高从蓝色LED到波长转换材料诸如黄色磷光体的能量传输效率。蓝光的强度一般保持远高于来自波长转换材料的黄光发射，导致大多数现有的白色LED存在严重的彩色重现问题以及蓝色色调。

发明内容

本发明提供一种发光器件，该发光器件包括：第一和第二半导体层以及在所述半导体层之间的发射层，布置以形成发光二极管；在所述层的其中之一中的间隙；以及金属，位于所述间隙中且足够邻近发射层以允许金属与发射层之间的表面等离子体激元耦合。

通常间隙中的仅一些金属将足够邻近发射层，以允许金属与发射层之间的表面等离子体激元耦合。在间隙中还可存在不够靠近以产生表面等离子体激元耦合的金属。

所述器件可以包括由金属颗粒形式的金属和载体材料形成的混合物。该混合物可以位于间隙中并足够邻近发射层以允许金属颗粒与发射层之间的表面等离子体激元耦合。

可选地，载体材料包括波长转换材料或绝缘透明材料或半绝缘透明材料。

可选地，金属或混合物与间隙的表面直接相邻或接触。

可选地，间隙部分而不是全部地穿过所述第二半导体层的厚度朝向发射层延伸，但是间隙可以延伸穿过第二半导体层，其中部分的所述间隙以发射层的表面为界。

可选地，金属或所述混合物位于所述间隙中直接邻近或接触发射层的所述表面。

可选地，提供直接邻近或接触发射层的所述表面的含金属层，其可以包括金属层或混合物层。该层可以是连续的或者不连续的。

可选地，间隙延伸穿过发射层的厚度，部分的间隙以第一半导体层的表面为界。

可选地，第一半导体层形成在衬底上。

器件还可以包括邻近并电接触第二半导体层的接触层，从而封闭至少部分的间隙。

可选地，柱由所述层的至少之一、依靠形成在所述柱之间的间隙形成。在两个相邻柱的相应侧部之间测得的两个相邻柱之间的平均最短距离可以小于500nm并且优选地小于200nm。

本发明还提供一种制造发光器件的方法，包括：形成第一和第二半导体层以及在所述半导体层之间的发射层；在所述层的其中之一中形成间隙；以及在间隙中并且足够邻近发射层放置金属，以允许在金属与发射层之间的表面等离子体激元耦合。