发明名称 白光光源的产生方法,白光发光元件及其制造方法
摘要 本发明提供一种白光发光元件,包括一第一光子再利用半导体型发光二极体(PRS-LED)及一第二PRS-LED。该第一PRS-LED包括一第一光源以发出蓝光及一第二光源以发出红光,该红光系转换自蓝光;以及该第二PRS-LED包括一第三光源以发出绿光及一第四光源以发出红光,该红光系转换自绿光。各个该第一与第三光源系由InGaN层所构成,且设置于一p-型GaN层与一n-型 GaN层。该第二与第四光源系由AlGaInP层所构成。该第一光源与该第二光源可设置于一蓝宝石基板的相对面上。或者选择将第二光源设置于该n-型GaN层上。该第二光源可由相同组成或不同组成的AlGaInP所构成之微柱型结构。
申请公布号 TWI246787 申请公布日期 2006.01.01
申请号 TW094117219 申请日期 2005.05.26
申请人 友达光电股份有限公司 发明人 武东星;洪瑞华;吴孟斋
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 洪澄文 台北市大安区信义路4段279号3楼;颜锦顺 台北市大安区信义路4段279号3楼
主权项 1.一种白光光源的产生方法,该白光光源包括至少 一具有第一波长的第一色光成分、一具有第二波 长的第二色光成分、及一具有第三波长的第三色 光成分,且该第一波长较该第二波长短,该第二波 长较该第三波长短,该产生方法包括下列步骤: 提供至少一第一发光元件,该第一发光元件包括一 第一光源及一第二光源,其中该第一光源发出该第 一色光成分,该第二光源发出一部分的该第三色光 成分,且该部分的第三色光成分系转换自该第一色 光成分; 设置至少一第二发光元件,邻接该第一发光元件, 该第二发光元件包括一第三光源及一第四光源,其 中该第三光源发出该第二色光成分,该第四光源发 出一部分的该第三色光成分,且该部分的该第三色 光成分系转换自该第二色光成分;以及 结合该第一发光元件所发出的第一色光成分及该 部分的该第三色光成分与该第二发光元件所发出 的第二色光成分与该部分的该第三色光成分,以产 生该白光。 2.如申请专利范围第1项所述之白光光源的产生方 法,其中该第一光源包括: 一第一主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第一主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第一主动层致 使部分的复数个电子与部分的复数个电洞于该第 一主动层结合产生具第一波长的光;以及其中该第 三光源包括: 一第二主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第二主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第二主动层致 使至少部分的复数个电子与至少部分的复数个电 洞于该第二主动层结合产生具第二波长的光。 3.如申请专利范围第2项所述之白光光源的产生方 法,其中: 该第一与该第二主动层实质上由InGaN组成; 该电洞源层实质上系p-型GaN组成;以及 该电子源层实质上系由n-型GaN组成。 4.如申请专利范围第3项所述之白光光源的产生方 法,其中该第二光源以及该第四光源实质上由 AlGaInP组成。 5.如申请专利范围第3项所述之白光光源的产生方 法,其中该第二光源以及该第四光源实质上由GaxIn1 -xP组成,其中0<x<1。 6.如申请专利范围第3项所述之白光光源的产生方 法,其中该第二光源以及该第四光源实质上由GaxIn1 -xP组成,其中0.3<x<0.7。 7.如申请专利范围第1项所述之白光光源的产生方 法,其中该第一色光成分为蓝光、该第二色光成分 为绿光及该第三色光成分为红光。 8.一种白光发光元件,其发出的白光具有至少一第 一波长的第一色光成分、一第二波长的第二色光 成分、及一第三波长的第三色光成分,且该第一波 长较该第二波长短,该第二波长较该第三波长短, 该发光元件包括: 一封装板; 一第一发光元件设置于该封装板上,该第一发光元 件包括一第一光源以发出该第一色光成分,及一第 二光源以发出一部分的该第三色光成分,该部分的 该第三色光成分系转换自该第一色光成分;以及 一第二发光元件设置于该封装板上,邻接该第一发 光元件,该第二发光元件包括一第三光源以发出该 第二色光成分,及一第四光源以发出一部分的该第 三色光成分,该部分的该第三色光成分系转换自该 第二色光成分。 9.如申请专利范围第8项所述之白光发光元件,其中 该第一发光元件之该第一光源包括: 一第一主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第一主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第一主动层致 使至少部分的复数个电子与至少部分的复数个电 洞于该第一主动层结合产生具第一波长的光;以及 其中该第二发光元件之该第三光源包括: 一第二主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第二主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第二主动层致 使至少部分的复数个电子与至少部分的复数个电 洞于该第二主动层结合产生具第二波长的光。 10.如申请专利范围第9项所述之白光发光元件,其 中: 该第一与该第二主动层实质上由InGaN组成; 该电洞源层实质上由p-型GaN组成;以及 该电子源层实质上由n-型GaN组成。 11.如申请专利范围第10项所述之白光发光元件,其 中该第二光源以及该第四光源实质上由AlGaInP组成 。 12.如申请专利范围第8项所述之白光发光元件,其 中该第二光源以及该第四光源实质上由GaxIn1-xP组 成,其中0<x<1。 13.如申请专利范围第8项所述之白光发光元件,其 中该第二光源以及该第四光源实质上由GaxIn1-xP组 成,其中0.3<x<0.7。 14.如申请专利范围第9项所述之白光发光元件,其 中该第一主动层设置于该第一光源之电子源层与 该电洞源层之间,该电洞源层设置于一第一透明基 板的第一面上及该第二光源设置于该第一透明基 板的第二面上;以及其中该第二主动层设置于该第 三光源的该电子源层与该电洞源层之间,及该电洞 源层设置于一第二透明基板的第一面上及该第四 光源设置于该第二透明基板的第二面上。 15.如申请专利范围第14项所述之白光发光元件,其 中该第二光源包括复数个由AlGaInP或GaxIn1-xP所组成 微柱状结构(mirco-rod),其中0.3<x<0.7。 16.如申请专利范围第14项所述之白光发光元件,其 中各个该第二光源与第四光源包括复数个由AlGaInP 或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod),其中0.3<x<0.7 。 17.如申请专利范围第14项所述之白光发光元件,其 中该第一发光元件中的第二光源包括由一第一 AlGaInP层及一第二AlGaInP层所组成的复数个微柱状 结构(mirco-rod),该第一AlGaInP层发出一第三波长光及 该第二AlGaInP层发出另一第三波长光。 18.如申请专利范围第14项所述之白光发光元件,其 中该第一发光元件中的该电洞源层、该第一主动 层及该电子源层,系以磊晶成长制程依序的沉积在 该第一透明基板上,以及该第一发光元件中的该第 二光源系藉一黏结层黏结该第一透明基板;以及其 中该第二发光元件中的该电洞源层、该第二主动 层及该电子源层,系以磊晶成长制程依序的沉积在 该第二透明基板上,以及该第二发光元件中的该第 四光源系藉一黏结层黏结该第二透明基板。 19.如申请专利范围第18项所述之白光发光元件,其 中: 该第一及第二透明基板包括一蓝宝石基板; 该第一与该第二主动层实质上由InGaN组成; 该电洞源层实质上由p-型GaN组成; 该电子源层实质上由n-型GaN组成;以及 该第二光源与第四光源实质上由AlGaInP或GaxIn1-xP所 组成,其中0.3<x<0.7。 20.如申请专利范围第9项所述之白光发光元件,其 中该第一主动层设置于该第一发光元件的该电子 源层与该电洞源层之间,该电洞源层设置于一第一 透明基板上及该第一发光元件的第二光源设置于 该第一发光元件的该电子源层上;以及其中该第二 主动层设置于该第二发光元件的该电子源层与该 电洞源层之间,该电洞源层设置于一第二透明基板 上及该第二发光元件之第四光源设置于该第二发 光元件的该电子源层上。 21.如申请专利范围第20项所述之白光发光元件,其 中: 该第一与该第二主动层实质上由InGaN组成; 该电洞源层实质上由p-型GaN组成; 该电子源层实质上由n-型GaN组成;以及 该第二光源与第四光源实质上由AlGaInP或GaxIn1-xP所 组成,其中0.3<x<0.7。 22.如申请专利范围第8项所述之白光发光元件,其 中该第一色光成分系一蓝光、该第二色光成分系 一绿光、以及该第三色光成分系一红光。 23.一种白光发光元件的制造方法,包括: 形成一第一色光LED结构于一第一透明基板上; 形成一第二色光LED结构于一第二透明基板上; 分别移除部份的该第一与第二透明基板以降低厚 度; 形成一第三色光发光层于一半导体基板上; 将该第三色光发光层黏结于该第一与第二透明基 板的另一面,以分别形成一第一-第三色光发光层 结构及一第二-第三色光发光层结构; 将该半导体基板自黏结后的结构中移除; 图案化第三色光发光层以形成复数个微结构; 将该黏结后的该第一-第三色光发光层结构及黏结 后的该第二-第三色光发光层结构切割成小的晶拉 ; 将至少一第一-第三色光发光层结构的晶粒与一第 二-第三色光发光层结构的晶粒镶于一封装板上; 以及 提供电性接触部电性连接各个第一-第三色光发光 层结构的晶粒与第二-第三色光发光层结构的晶粒 。 24.如申请专利范围第23项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第一色光LED结构包括: 一第一主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第一主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第一主动层; 藉此,部分的复数个电子与部分的复数个电洞于该 第一主动层结合产生具第一波长的光;以及其中该 第二色光LED结构包括: 一第二主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第二主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第二主动层; 藉此,部分的复数个电子与部分的复数个电洞于该 第二主动层结合产生具第二波长的光。 25.如申请专利范围第24项所述之白光发光元件的 制造方法,其中: 该第一与该第二主动层实质上由InGaN组成; 该电洞源层实质上由p-型GaN组成;以及 该电子源层实质上由n-型GaN组成。 26.如申请专利范围第23项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层实质上由AlGaInP 组成。 27.如申请专利范围第23项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层实质上由GaxIn1-xP 组成,其中0.3<x<0.7。 28.如申请专利范围第23项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层包括复数个由 AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod),其中0.3 <x<0.7。 29.如申请专利范围第23项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层包括复数个由 AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod),其中0.3 <x<0.7。 30.如申请专利范围第23项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层包括由一第一 AlGaInP层及一第二AlGaInP层所组成的复数个微柱状 结构(mirco-rod),该第一AlGaInP层发出一第三波长光及 该第二AlGaInP层发出另一第三波长光。 31.一种白光发光元件的制造方法,包括: 形成一第一色光LED结构于一第一透明基板上; 形成一第二色光LED结构于一第二透明基板上; 分别移除部份的该第一与第二透明基板以降低厚 度; 形成一第三色光发光层于一半导体基板上; 分别将该第三色光发光层黏结于该第一色光LED结 构层及该第二色光LED结构层上,以分别形成一第一 -第三色光发光层结构及一第二-第三色光发光层 结构; 将该半导体基板自黏结后的结构中移除; 将该黏结后的第一色光LED结构与第二色光LED结构 图案化并提供电性接触部; 图案化该第三色光发光层成所欲的微结构; 将该黏结后的第一-第三色光发光层结构及黏结后 的第二-第三色光发光层结构切割成小的晶粒; 将至少一第一-第三色光发光层结构的晶粒与一第 二-第三色光发光层结构的晶粒镶于一封装板上; 以及 提供电性接触部电性连接各个第一-第三色光发光 层结构的晶粒与第二-第三色光发光层结构的晶粒 。 32.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第一色光LED结构包括: 一第一主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第一主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第一主动层致 使至少部分的复数个电子与至少部分的复数个电 洞于该第一主动层结合产生具第一波长的光;以及 其中该第二色光LED结构包括: 一第二主动层; 一电洞源层以提供复数个电洞至该第二主动层;及 一电子源层以提供复数个电子至该第二主动层致 使至少部分的复数个电子与至少部分的复数个电 洞于该第二主动层结合产生具第二波长的光。 33.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中: 该第一与该第二主动层实质上由InGaN组成; 该电洞源层实质上由p-型GaN组成;以及 该电子源层实质上由n-型GaN组成。 34.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层实质上由AlGaInP 组成。 35.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层实质上由GaxIn1-xP 组成,其中0.3<x<0.7。 36.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层包括复数个由 AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod),其中0.3 <x<0.7。 37.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层包括复数个由 AlGaInP或GaxIn1-xP所组成微柱状结构(mirco-rod),其中0.3 <x<0.7。 38.如申请专利范围第31项所述之白光发光元件的 制造方法,其中该第三色光发光层包括由一第一 AlGaInP层及一第二AlGaInP层所组成的复数个微柱状 结构(mirco-rod),该第一AlGaInP层发出一第三波长光及 该第二AlGaInP层发出另一第三波长光。 图式简单说明: 第1图系显示习知技术之光子再利用半导体型发光 二极体(PRS-LED)结构的剖面示意图; 第2A~2H图系显示根据本发明第一实施例之双色LED 各制程步骤的剖面示意图; 第3A~3E系显示根据本发明第一实施例之图案化 AlGaInP层的各种样态;其中,第3A图系显示将AIGaInP层 蚀刻成两阶状微圆柱阵列,第3B图系显示将AlGaInP层 蚀刻成单阶状微圆柱阵列,第3C图系显示单阶状微 圆柱的底部可大于其顶部,第3D图系显示单阶状微 圆柱的顶部亦可大于其底部,以及第3E图系显示两 阶状微圆柱由不同AlGaInP成分所构成两层; 第4A图系显示根据本发明第一实施例的白光发光 元件的剖面示意图,其中两个双色LED皆具图案化的 AlGaInP层; 第4B图系显示根据本发明第一实施例的白光发光 元件的剖面示意图,其中仅有一双色LED具图案化的 AlGaInP层; 第4C图系显示根据本发明第一实施例的白光发光 元件的剖面示意图,其中各个双色LED上的AlGaInP层 皆为未蚀刻层; 第5图系显示根据本发明第一实施例制作白光发光 元件的制造流程图; 第6A至6G图系显示根据本发明第二实施例之双色LED 的制程剖面示意图; 第7A图系显示根据本发明第二实施例的白光发光 元件的剖面示意图,其中两个双色LED皆具图案化的 AlGaInP层; 第7B图系显示根据本发明第二实施例的白光发光 元件的剖面示意图,其中仅有一双色LED具图案化的 AlGaInP层; 第7C图系显示根据本发明第二实施例的白光发光 元件的剖面示意图,其中各个双色LED上的AlGaInP层 皆为未蚀刻层;以及 第8图系显示根据本发明第二实施例制作白光发光 元件的制造流程图。
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