[发明专利]波长转换半导体发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及波长转换半导体发光装置。

背景技术

包含发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)以及边发射激光器的半导体发光装置属于当前可获得的最高效光源。在能够跨过可见光谱工作的高亮度发光装置的制造中当前感兴趣的材料体系包含III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，其也称为III族氮化物材料。典型地，III族氮化物发光装置是通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术，在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其它合适衬底上外延生长不同组成和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制作。该叠层经常包含在衬底上方形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层，在一个或多个n型层上方形成的有源区域中的一个或多个发光层，以及在有源区域上方形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触形成于n和p型区域上。

通过将诸如磷光体或染料的波长转换材料定位于由有源区域发射的光的路径中，可以偏移由有源区域发射的光的波长。波长转换材料吸收由有源区域发射的光并且在不同峰值波长发射光，该峰值波长典型地长于由有源区域发射的光的峰值波长。图1说明在US6,870,311中更详细描述的波长转换半导体发光装置。在图1的装置中，发光半导体装置32布置在反射杯34中。透明材料36的层44布置在装置32的一个或多个表面上。纳米颗粒38和磷光体颗粒40分散在材料36中。合适的纳米颗粒的示例包含金属氧化物、氮化物、氮硅酸盐及其混合物的纳米颗粒。合适的金属氧化物可包含但不限于氧化钙、氧化铈、氧化铪、氧化钛、氧化锌、氧化锆以及其组合。尺寸范围为例如约2nm至约10nm的这种金属氧化物的纳米颗粒例如从德国Frankfut/Main的Degussa-Huls AG可获得。用于这种实施方式的合适的纳米颗粒也可包含诸如硫化锌、硒化锌、硫化钙、硒化钙、碲化钙以及它们的三元或四元混合物的II-VI半导体的纳米颗粒，以及诸如III族氮化物、III族磷化物及其混合物的III-V半导体的纳米颗粒。纳米颗粒被选择为具有比基质材料的折射率大的折射率。

透明材料36可以是有机或无机的并且可包含例如下述材料，其包含但不限于传统环氧树脂、丙烯酸类聚合物、聚碳酸酯、硅树脂聚合物、光学玻璃、硫族化物玻璃、螺环化合物及其混合物。

现有技术中需要的是波长转换半导体发光装置的高效设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，其包含发光材料和置为散逸来自发光材料的热量的热耦合材料。

在本发明的实施例中，一种装置包含半导体结构，该半导体结构包含布置在n型区域和p型区域之间的发光层。发光材料定位于由发光层发射的光的路径中。热耦合材料布置在透明材料中。热耦合材料的热导率大于透明材料的热导率。热耦合材料置为散逸来自发光材料的热量。

附图说明

图1说明现有技术半导体发光装置，其涂敷有包含磷光体颗粒和纳米颗粒的透明材料。

图2说明布置在发光装置上方的包含磷光体和热耦合材料的透明材料。

图3说明布置在发光装置上方的两个分立层，每个分立层包含透明材料、磷光体和热耦合材料。

图4说明多层装置，其包含布置在发光装置上的陶瓷磷光体，包含磷光体和热耦合材料的透明材料层，以及包含热耦合材料的胶合层。

图5说明布置在发光装置上方的磷光体层以及用热耦合材料填充的透镜。

图6说明对于具有以及不具有热耦合材料的装置，发光层和磷光体层之间的温度梯度与正向电流的函数。

具体实施方式

由于例如更长波长光子的发射中损失的能量，磷光体的有限转换效率以及未从装置被提取的光子的重新吸收，图1中说明的磷光体进行波长转换会生成热量。从图1的装置的热量散逸会由于透明材料的低热导率而被磷光体到装置封装的不良热耦合所阻碍。例如，硅树脂透明材料经常具有约0.1至0.2W/m-℃的热导率。来自波长转换的过量热量会导致工作温度足够高而致使透明材料中有机物质的分解，这会导致透明材料泛黄或者甚至装置失效。此外，一些磷光体的量子效率在高温降低，这会不期望地致使由装置发射的光的色点偏移或者光输出减少。

在本发明的实施例中，热耦合材料布置在半导体发光装置上方，从而移除波长转换材料之内以及周围的热量。来自波长转换材料的热量通过热耦合材料被散逸到发光装置以及发光装置连接到的热沉或底座。