专利名称：光致发光晶片及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LED)制造领域，尤其涉及用于LED的光致发光晶片及其 制备方法和应用。
背景技术：
功率型LED将逐步替代部分传统照明光源成为新一代的照明产品。目前LED照明 产品的主要问题是成本价格偏高，光效、光色与使用寿命也有待进一步提高，而这些问题无 一不与现在用于白光照明的LED的荧光粉材料有密切关。现在这类荧光粉多用日本日亚化 工公司的钇铝石榴石(YAG)，欧司朗公司的铽-石榴石(TAG)之类的黄色荧光粉材料。
早在1964年就制备出了固体激光器用钇铝石榴石晶体材料，而后各国科学家对它做 过广泛研究，其中掺铈(Ce)钇铝石榴石粉末黄色光致发光荧光体，由于其余辉时间极短，广 泛应用于彩色电视飞点扫描。2004年，日本日亚化工公司将掺Ce钇铝石榴石荧光粉涂敷于蓝光LED芯片上获得 白光输出，并申请了专利，次后日、美、德和我国都在努力开发新型LED白光用发光材料，以 日亚化工(US5998925)、欧司郎(US6669866)为代表，已有数十项专利，但这些不同成份配 比和不同专利的发光材料都是采用氧化物、氮化物等基质原料和激活剂原料相，经混合，球 磨，灼烧、选粉以及洗粉等工序制备出无规则形状的粒度为1 5μπι粉末状荧光体。2006年我国王锦高开发了同类型的粉末发光材料((ZL200610159447.9)，其晶粒 形状为似球形，准球形，但仍然是分散的微小晶粒(1 2 μ m)，与上述其它粉末荧光体一 样，使用时必须与30% 70%的环氧树脂或硅胶之类粘结剂配合使用，涂敷于氮化镓蓝光 LED芯片上。对于现有的粉末状发光材料用于LED照明有多种缺点
一、粉末状石榴石发光材料的制备均采用先将氧化物基质、激活剂、共激活剂和助溶剂 等原料混合，经球磨、灼烧、选粉以及洗粉等后处理，最后形成荧光粉。在这过程中很容易混 入有害杂质，破坏晶格完整性，降低发光效率；
二、粉末荧光体需与粘结剂混在一起涂敷于发光二级管芯片上，混入粘结剂时极易污 染荧光晶体；当来自芯片的激发光与荧光体发出的光通过无规则形状的粉末晶体时必然会 发生折射、反射(散射)，反射光穿越粘结剂时又会被吸收，降低发光层的光效；同时，由于粘 结剂的热导率远低于荧光晶体(环氧树脂的导热系数仅为0. 2W/m/K)，它包复在功率型芯片 之上易引起芯片温度升高，不仅会导致芯片的光效降低，而且会影响荧光粉自身的光效和 整个荧光粉层的使用寿命。对于荧光灯、无极灯之类的传统照明，由于激发光由气体放电产生，光源外壁形状 为管状和球状，所以荧光材料只能采用粉末状，掺加适量的粘贴剂，涂敷在管壁或泡壁上； 对于小功率白光LED，由于发光芯片面积很小，其上还有电极引出线，也只能做成粉末荧光 体添加粘结剂滴涂，然而，对迅速发展的功率型LED照明芯片和照明用集成LED芯片而言， 发光面积已越来越大，而且是平面迪，因此已有条件直接采用片状的光致发光晶体。
发明内容
为了解决现有粉末状发光材料用于白光LED照明的多种缺点，本发明的第一个目 的是提供一种光致发光晶片，该光致发光晶片具有发光效率高、发光均勻性好、易于表面处 理的特点；本发明的第二个目的是提供上述的光致发光晶片的制备方法；本发明的第三土 目的是提供一种半导体发光二极管；本发明的第四个目的是提供一种白光半导体发光二极管。为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案
光致发光晶片，所述的光致发光晶片为具有通式为A3B5O12的石榴石结构不掺加任何树 脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度> 20μπι，晶粒的尺寸> ΙΟμπι;并且，所 述的光致发光晶片的元素成分中包括
第一元素A为稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一种； 第二元素B为元素Al、( 或h中的至少一种； 激活元素为稀土元素Ce，Pr, Tb或Dy中至少一种。作为优选，上述的光致发光晶片的通式为(YmzTbxCeySEz)3(Al1IGaw)5O12,式 中SE为Gd、Dy或Pr中至少一种；0彡χ彡0. 6 — y — z;0彡y彡0. 1;0彡ζ彡0. 5; 0彡w彡0. 3。作为优选，上述的光致发光晶片为多晶，光致发光晶片的厚度为30 200μπι ；或 者，光致发光晶片为单晶，光致发光晶片的厚度为50 200 μ m。作为优选，上述的光致发光晶片的表面设有抗反射膜。作为再优选，上述的抗反射 膜为Si02、Al203和MgO中至少一种。作为再优选，上述的光致发光晶片的背面通过金刚砂研 磨方法形成具有棱锥形凹凸织构的减反射陷光表面，所述的抗反射膜设置在陷光表面上。作为优选，上述的光致发光晶片正面具有棱锥形凹凸织构的增透射粗糙表面。作为优选，上述的光致发光晶片具有特定规律的阵列排布的凹坑，所述凹坑的形 状与被封装LED芯片的形状和尺寸相匹配；或做成具有特定规律的阵列排布的凸起，所述 凸起的形状与LED的光度分布要求相对应。为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案
一种制备上述的光致发光晶片的方法，该方法采用第一元素A和第二元素B的氧化 物为基质原料和激活元素的氧化物为激活剂原料，加入或不加入助溶剂置于钳埚中加热熔 融，采用熔体流铸法，在定向运动的铸模上浇铸凝固成形，制备出石榴石多晶光致发光晶 片；或者，采用提拉法，在单晶生长炉中拉制出石榴石单晶体，切割成单晶光致发光晶片。前 者可得到质量很高的光致发光晶片，但制造成本较高，锯割切片时材料损耗大；后者无需切 割就能快速形成很薄的光致发光晶片，晶片形成后又可迅速脱离铸模，受铸模杂质扩散的 影响极小，且铸模可反复使用，因此，具有厚度小，原材料省，生产效率高和成本低的特点。作为优选，上述的多晶光致发光晶片的单铸模熔体流铸制造方法包括以下的步 骤
一、纯度为 4 5N 的原材料 Y2O3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, Pr6O11, Dy2O3, Al2O3, Gei2O3,按(Y1^y _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合； 式中:SE为6(1、07和/或1^;O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；
二、再混入助溶剂，助熔剂含量为上述混合物总重量的0.1% 1. 0%，助熔剂选自H3bo3、 A1F3、NH4FaiCl3 和 BaF2 中的至少一种；
三、将均勻混合的原材料压缩成型，在900°c下灼烧池收缩体积后置于铱坩埚内，在高 频感应炉中氩或H2A2还原气氛下加热到1970°c熔化，并在1980 1990°C过热温度下，保 持 5 10 min ；
四、在单铸模熔体流铸设备中，借助于与坩埚联通的气压增压机构，熔体在10 30mmHg压力下，通过坩埚下部的坩埚嘴流到离嘴唇间距为0. 1 0. 6mm的铸模上形成熔潭， 凝固成晶片，调整铸模移动速度1 12m / s制得厚度为200 20μπι的多晶体光致发光
曰曰/To作为优选，上述的多晶光致发光晶片的双铸模熔体流铸制造方法包括以下的步 骤
一、纯度为4 5N 的原材料 LO3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, I^r6O11, Dy2O3, Al2O3, fei203，按(Y1^ _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合；
式中:SE为6(1、07和/或1^;
O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；
二、再混入助溶剂，助熔剂含量为上述混合物总重量的0.1% 1. 0%，助熔剂选自H3bo3、 A1F3、NH4FaiCl3 和 BaF2 中的至少一种；
三、将均勻混合的原材料压缩成型，在900°C下灼烧2 4h收缩体积后置于铱坩埚内， 在高频感应炉中Ar或H2/N2还原气氛下加热到1970°C熔化，并在1980 1990°C过热温度 下，保持5 10 min ；
四、在双铸樽熔体流铸设备中，借助于与坩埚联通的气压增压机构，熔体在10 30mmHg压力下，通过坩埚下部的坩埚嘴，流过反向转动的两个铸模的狭缝形成熔潭，凝固成 晶片；坩埚嘴的嘴唇到反向转动的两个铸模的狭缝最狭窄处的距离为10 IOOmm ；两铸模 狭缝最小距离为20 250 μ m ；铸模表面的移动速度为1 12m / s ；调整铸模的狭缝距离 和移动速度可制得厚度为20 250 μ m的多晶体光致发光晶片。作为优选，上述的单晶光致发光晶片制造方法包括以下的步骤
一、纯度为4 5N 的原材料 Y2O3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, Pr6O11, Dy2O3, Al2O3, Gei2O3,按(Y1^y _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合；
式中:SE为6(1、07和/或1^;
O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；
二、将均勻混合的原材料压缩成型，在9oo°c下灼烧池收缩体积；
三、置于单晶生长用高频感应炉中，加热到1970°C熔化；
生长气氛炉腔抽真空至6 X 10_2Pa，充高纯N2,压强1. 0 1. 2atm,
籽晶取向<111>，
晶体拉速1. 2 1.8mm / h，
晶体转速40 50r / min,
轴向温度梯度2 4°C / mm,
升温速率300 500°C / h，降温速率200 300°C / h， 生长周期60 120h ；
经过下籽晶、扩肩和等直径生长3个阶段，生长成单晶锭； 四、采用多线切割机切割单晶锭，制备成厚度为50 200 μ m光致发光晶片。作为优选，上述的光致发光晶片的背面通过刻蚀方法形成具有棱锥形凹凸织构的 减反射陷光表面；再用PECVD方法或用高频反应溅射方法沉积A1203、SiO2或MgO薄膜，获 得具有抗反射性能的光致发光晶片。作为优选，上述的发光晶片正面通过刻蚀方法形成具有棱锥形凹凸织构的增透射 粗糙表面。作为优选，上述的光致发光晶片按铸模形状做成具有特定规律的阵列排布的凹 坑，所述凹坑的形状与被封装LED芯片的形状和尺寸相匹配；或做成具有特定规律的阵列 排布的凸起，所述凸起的形状与LED的光度分布要求相对应。为了实现上述的第三个目的，本发明采用了以下的技术方案
一种半导体发光二极管，该发光二极管包括LED芯片，LED芯片发光面的一侧设有由 LED芯片发光激发的光致发光晶片，光致发光晶片为不掺加任何树脂和其它粘结剂的片状 晶体，光致发光晶片为单晶或多晶，光致发光晶片的厚度>20μπι，晶粒的尺寸> IOym0为了实现上述的第四个目的，本发明采用了以下的技术方案
一种白光半导体发光二极管，该发光二极管包括氮化镓LED芯片，氮化镓LED芯片发光 面的一侧设有如权利要求1或2所述的光致发光晶片；由氮化镓LED芯片发出的蓝光激发 光致发光晶片发出黄光，蓝光与黄光混合形成白光。作为优选，上述的光致发光晶片通过镶嵌或粘贴的方式设置在氮化镓LED芯片上方。作为优选，上述的光致发光晶片与氮化镓LED芯片之间留有间隙。作为优选，上述的光致发光晶片的形状为两面都是平面、一面是平面另一面有凹 坑、一面是平面另一面有凸起或者一面有凹坑另一面有凸起。本发明采用光致发光晶片相对于发光粉末涂层具有以下优点
1、光致发光晶片晶粒大，一般可在30μ m以上，而粉末材料通常在4 5 μ m以下；晶体 的晶格完整，表面损伤小，表面复合低，发光效率高；在晶体内激活剂分布均勻，发光层厚度 一致，发光均勻性好，不会出现粉末材料涂布不勻造成黄圈光斑；
2、光致发光晶片中不含任何有机材料和无机材料粘结剂，不会污染发光晶体，不会由 于粘结剂的光吸收而减小发光层的透光性；
3、光致发光晶片表面容易实施各种光学处理，如晶片背面制作成棱锥形凹凸织构的 陷光表面和蒸镀抗反射层，增加光吸收；晶片正面进行表面粗化处理，增加光出射。
图1 图4为本发明的光致发光晶片的结构示意图。图5 图6为本发明的单铸模熔体流铸法光致发光晶片制备装置的结构示意图。图7 图8为本发明的双铸模熔体流铸法光致发光晶片制备装置的结构示意图。图9为本发明的石榴石单晶生长炉示意图。
图11为本发明实施例6的LED器件的结构示意图。图12为本发明实施例7的LED灯泡的结构示意图。图13为本发明实施例8的LED面光源的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做一个详细的说明。实施例1
如图5所示，选用纯度高于4N的原材料LO3, Tb4O7, Dy2O3, CeO2, Al2O3,按(YQ.6Q Tba26 Dy0.20Ce0.04 )3A15012的计量比称量混合。再混入上述混合物总重量的1. 4%的助溶剂BaF2和 0. 1%的H3BO3,压缩成型，在900°C下灼烧池收缩体积后置于铱坩埚7内，在单铸模11熔体 流铸设备的高频感应炉8中氩气氛下加热到1970°C熔化，并在1980 1990°C过热温度下， 保持8min。熔体在20mmHg压力下，通过坩埚嘴狭缝9流到离嘴唇10间距为0. 2mm、移动速 度为8. an / s的单铸模11上形成厚度为30 μ m的多晶体光致发光晶片1。如图1所示，再 用用高频反应溅射方法沉积S^2薄膜2获得具有抗反射性能的光致发光晶片1。最后，用 激光分割成对应于与单个或多个LED芯片相配合使用的光致发光晶片1。所制得的光致发 光晶片1适用于制造色温6000K的LED器件与LED灯。实施例2
如图6所示，选用纯度高于4N的原材料^O3，Gd2O3，CeO2, Al2O3, Gei2O3,按(Y。.72 Gda26 Ce0.02 )3(Ala80 G^1J5O12的计量比称量混合。再混入上述混合物总重量的0.洲的助溶剂 H3BO3,压缩成型，在900°C下灼烧池收缩体积后置于铱坩埚7内，在单铸模熔体流铸设备的 高频感应炉8中氩气氛下加热到1970°C熔化，并在1980 1990°C过热温度下，保持lOmin。 熔体在20mmHg压力下，通过坩埚嘴狭缝9流到离嘴唇10间距为0. 2mm、移动速度为6. 4m / s的单铸模11上形成厚度为46 μ m的多晶体光致发光晶片1。如图6所示，单铸模11上刻 有按阵列排布的凸模12，流铸形成的光致发光晶片1的一面为平面另一面为具有对应的呈 阵列排布的凹坑5。图2所示，晶片的背面(凹坑5)通过刻蚀形成具有棱锥形凹凸织构的 陷光表面3，再用用高频反应溅射方法沉积S^2薄膜2，获得具有抗反射性能的光致发光晶 片1 ；晶片正面刻蚀成具有棱锥形凹凸织构的粗糙表面4，增加出射光。最后用激光分割成 对应于与单个或多个LED芯片相配合使用的光致发光晶片1。所制得的光致发光晶片1为 多晶片，适用于制造色温6500K的LED器件与LED灯。实施例3
如图7、图8所示，选用纯度高于4N的原材料AO3，CeO2, Tb4O7，Pr6O11, Al2O3，按(Ya54 Tba4tl Ce0.04 PraJ3Al5O12的计量比称量混合。再混入上述混合物总重量的1. 4%的助溶剂 H3BO3,压缩成型，在900°C下灼烧池收缩体积后置于铱坩埚7内，在双铸模熔体流铸设备的 高频感应炉8中氩气氛下加热到1970°C熔化，并在1980 1990°C过热温度下，保持lOmin。 熔体在20mmHg压力下，通过铱坩埚7下部的坩埚嘴狭缝9流过反向转动的两个铸模13的狭 缝形成熔潭，凝固成晶片。坩埚嘴嘴唇10到反两个铸模13的狭缝最狭窄处的距离为50mm。 两铸模13狭缝的距离为60 μ m;铸模13表面的移动速度为4. an / s，制得的多晶体光致发 光晶片1厚度为65 μ m。如图8所示，铸模13上刻有按阵列排布的凸模14，两铸模13上的凸模14错位设置，流铸成形的光致发光晶片1的一面(背面)具有对应的呈阵列排布的凹坑 5和另一面(正面)具有凸起6。如图2所示，晶片的背面(凹坑5表面)通过刻蚀形成具有 棱锥形凹凸织构的陷光表面3。再用用高频反应溅射方法沉积MgO薄膜2获得具有抗反射 性能的光致发光晶片1。晶片正面用(凸起表面)刻蚀成具有棱锥形凹凸织构的粗糙表面4， 增加出射光。最后用激光分割成对应于与单个或多个LED芯片相配合使用的光致发光晶片 1。所制得的光致发光晶片1为多晶片，适用于制造色温低于5200K的LED器件与LED灯。实施例4
如图9所示，选用纯度高于4N的原材料Y2O3, Gd2O3, CeO2, Al2O3,按(Ya82Gdai2 Cea J3Al5O12的计量比称量混合，并压缩成型，在900°C下灼烧池收缩体积。铱坩埚7置 于高频感应炉8中，加热到1970°C熔化，生长气氛炉腔抽真空至6X10_2Pa，充高纯N2，压 强l.Oatm。籽晶取向<111>。晶体拉速1. 6mm / h。晶体转速45r / min。轴向温度梯 度3°C / mm。升温速率350°C / h ；降温速率250°C / h ；生长周期80h。经过下籽晶、扩 肩和等直径生长3个阶段，生长成单晶锭(图9中附图标记15为晶体、16为籽晶、17为提拉 杆)。采用多线切割机切片，制成厚度为80μπι光致发光晶片1。如图2所示，晶片的背面通 过化学刻蚀方法形成具有棱锥形凹凸织构的陷光表面3，用高频反应溅射方法沉积SW2薄 膜2获得具有抗反射性能的光致发光晶片1，正面用化学刻蚀方法形成具有棱锥形凹凸织 构的增透射粗糙表面4。光致发光晶片1用激光分割成对应于与单个或多个LED芯片相配 的光致发光晶片1。所制得的光致发光晶片1为高质量单晶片，适用于制造色温大于6700K 的高光效LED器件与LED灯。实施例5
如图10所示，将具有倒装结构的波长为420nm 470nm的蓝光LED芯片21通过共晶 焊或银胶粘结到陶瓷基板M上，LED芯片21位置在LED器件壳体19的反光杯22中央； LED芯片21的电极通过导电金线焊接到器件的外电极20 ；向反光杯22注入透明绝缘封装 胶23直至LED芯片21高度的1/3左右，引出金线嵌入透明绝缘胶23中；将由实施例2制 备的预置凹坑的光致发光晶片1紧贴在LED芯片21发光面上方；然后再注入透明绝缘胶23 直至光致发光晶片1高度的2/3，完成器件封装，形成白光LED器件，其色温为6500K，光效 达 1301m/W。实施例6
如图11所示，将多芯片集成的波长为420nm 470nm的蓝光LED芯片21通过共晶焊 接或银浆粘结到导热金属基板25上，LED芯片21位于反光杯22中央，LED芯片21电极通 过导电金线沈与器件外电极27相联接，用透明胶观将用实施例1制备的光致发光晶片1 粘结到下部中空上部实心的塑料透镜四或玻璃透镜上，然后再与壳体30粘合，形成中空的 白光LED器件，其色温为6000K，光效为1201m/W.
实施例7
如图12所示，将一个或多个波长为420nm 470nm的蓝光LED芯片21用共晶焊固定 在灯杯31中部的基板32上，并用金线将各LED芯片21的电极引出到金属芯印刷电路板33 (MCPCB)上，再通过灯杯31中的控制电路35，用导线联接到灯头的外电极36。将由实施例 3制备的预置有凹坑的光致发光晶片1紧贴在LED芯片21发光面上，安装上灯杯透明面板 34或泡壳，形成白光LED灯泡，其色温为5200K，光效达到llOlm/w。同样的结构还可用于制
10造管形LED灯。实施例8
如图13所示，将波长为420nm 470nm的蓝光LED芯片21安置在金属芯印刷电路板 33 (MCPCB)或复合金属基板上，并通过导线联接到外部电极，在导光板37上粘贴由实施例 4制备的单晶光致发光晶片1，并安装在平面光源的内框架38上，再覆盖上扩散板39和透 明面板40，四周装上边框41，形成中空的色温为6700K的白光LED平面光源，光色均勻，光 效达到701m/ W0上述实施例5 8所述的采用光致发光晶片1制成的功率型LED器件、泡灯、管灯 和平面灯，与采用粉末荧光体的LED器件、泡灯、管灯和平面灯相比，均具有光效高，发光均 勻，色温可根据需要选择，使用寿命长，制造工艺简单，成本低等特点。对于具有中空结构， 即LED芯片21与光致发光晶片1分开安装的LED灯，还可设计成能方便拆卸和维修，还能 从更换报废的YAG光致发光晶片1中回收稀有金属材料。
权利要求
1.光致发光晶片，其特征在于所述的光致发光晶片为具有通式为A3B5O12的石榴石结 构不掺加任何树脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度> 20 μ m，晶粒的尺寸 ^ ΙΟμπ ;并且，所述的光致发光晶片的元素成分中包括第一元素A为稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一种；第二元素B为元素Al、( 或h中的至少一种；激活元素为稀土元素Ce，Pr, Tb或Dy中至少一种。
2.根据权利要求1所述的光致发光晶片，其特征在于光致发光晶片的通式为(Y1t y_zTbxCeySEz) 3 (AlnGaw)5O12，式中=SE 为 Gd、Dy 或 Pr 中至少一种； 彡χ彡0.6 — y — z; 0 < y < 0. 1 ζ < 0. 5 ;0 < w < 0. 3。
3.根据权利要求1或2所述的光致发光晶片，其特征在于光致发光晶片为多晶，光致 发光晶片的厚度为30 200 μ m ；或者，光致发光晶片为单晶，光致发光晶片的厚度为50 200 μ Hlo
4.根据权利要求1或2所述的光致发光晶片，其特征在于光致发光晶片的表面设有 抗反射膜。
5.根据权利要求4所述的光致发光晶片，其特征在于抗反射膜为Si02、Al203和MgO中 至少一种。
6.根据权利要求5所述的光致发光晶片，其特征在于光致发光晶片的背面具有棱锥 形凹凸织构的抗反射陷光表面，所述的抗反射膜设置在陷光表面上。
7.根据权利要求1或2所述的光致发光晶片，其特征在于光致发光晶片正面具有棱 锥形凹凸织构的增透射粗糙表面。
8.根据权利要求1或2所述的光致发光晶片，其特征在于光致发光晶片具有特定规 律的阵列排布的凹坑，所述凹坑的形状与被封装LED芯片的形状和尺寸相匹配；或具有特 定规律的阵列排布的凸起，所述凸起的形状与LED的光度分布要求相对应。
9.一种制备权利要求1或2所述的光致发光晶片的方法，其特征在于该方法采用第 一元素A和第二元素B的氧化物为基质原料和激活元素的氧化物为激活剂原料，加入或不 加入助溶剂置于钳埚中加热熔融，采用熔液流铸法，在定向运动的铸模上浇铸凝固成形，制 备出石榴石多晶光致发光晶片；或者，采用提拉法，在单晶生长炉中拉制出石榴石单晶体， 切割成单晶光致发光晶片。
10.根据权利要求9所述的制备光致发光晶片的方法，其特征在于多晶光致发光晶片 的制造方法包括以下的步骤一、纯度为4 5N 的原材料 Y2O3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, Pr6O11, Dy2O3, Al2O3, Gei2O3,按(Y1^y _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合；式中:SE为6(1、07和/或1^;O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；二、再混入助溶剂，助熔剂含量为上述混合物总重量的0.1% 1. 0%，助熔剂选自H3bo3、 A1F3、NH4FaiCl3 和 BaF2 中的至少一种；三、将均勻混合的原材料压缩成型，在900°C下灼烧2 4h收缩体积后置于铱坩埚内， 在高频感应炉中Ar或H2/N2还原气氛下加热到1970°C熔化，并在1980 1990°C过热温度 下，保持5 10分钟；四、在单铸模熔液流铸设备中，借助于与坩埚联通的气压增压机构，熔体在10 30mmHg压力下，通过坩埚下部的坩埚嘴流到离嘴唇间距为0. 1 0. 6mm的铸模上形成熔潭， 凝固成晶片；调整铸模移动速度1 12m / s制得厚度为200 20 μ m的多晶体光致发光曰曰/To
11.根据权利要求9所述的制备光致发光晶片的方法，其特征在于多晶光致发光晶片 的制造方法包括以下的步骤一、纯度为4 5N 的原材料 Y2O3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, Pr6O11, Dy2O3, Al2O3, Gei2O3,按(Y1^y _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合；式中:SE为6(1、07和/或1^;O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；二、再混入助溶剂，助熔剂含量为上述混合物总重量的0.1% 1. 0%，助熔剂选自H3bo3、 A1F3、NH4FaiCl3 和 BaF2 中的至少一种；三、将均勻混合的原材料压缩成型，在900°C下灼烧2 4h收缩体积后置于铱坩埚内， 在高频感应炉中Ar或H2/N2还原气氛下加热到1970°C熔化，并在1980 1990°C过热温度 下，保持5 10分钟；四、在双铸模熔液流铸设备中，借助于与在坩埚联通的气压增压机构，熔体在10 30mmHg压力下，通过坩埚下部的坩埚嘴流过反向转动的两个铸模的狭缝形成熔潭，凝固成 晶片；坩埚嘴的嘴唇到反向转动的两个铸模的狭缝最狭窄处的距离为10 IOOmm ；两铸模 狭缝最小距离为20 250 μ m ；铸模表面的移动速度为1 12m / s ；调整铸模的狭缝距离 和移动速度可制得厚度为20 250 μ m的多晶体光致发光晶片。
12.根据权利要求9所述的制备光致发光晶片的方法，其特征在于单晶光致发光晶片 制造方法包括以下的步骤一、纯度为4 5N 的原材料 Y2O3, Gd2O3, CeO2, Tb4O7, Pr6O11, Dy2O3, Al2O3, Gei2O3,按(Y1^y _zTbxCeySEz) 3 (Al1^Gaw)5O12 的计量比称量混合；式中:SE为6(1、07和/或1^;O^x^O. 6-y-z;0^y^0.3；二、将均勻混合的原材料压缩成型，在900°C下灼烧2 4h收缩体积；三、置于高频感应炉中，加热到1970°C熔化，生长气氛炉腔抽真空至6 X 10_2Pa，充高纯N2,压强1. 0 1. 2atm, 籽晶取向<111>， 晶体拉速1. 2 1.8mm / h， 晶体转速40 50r / min, 轴向温度梯度2 4°C / mm, 升温速率300 500°C / h， 降温速率200 300°C / h， 生长周期60 120h ；经过下籽晶、扩肩和等直径生长3个阶段，生长成单晶锭；四、采用采用多线切割机切割单晶锭，制备成厚度为50 200μπι的光致发光晶片。
13.根据权利要求9所述的制备光致发光晶片的方法，其特征在于光致发光晶片的背面通过刻蚀方法形成具有棱锥形凹凸织构的陷光表面；再用PECVD方法或用高频反应溅射 方法沉积A1203、SiO2或MgO薄膜获得具有抗反射性能的光致发光晶片。
14.根据权利要求9所述的制备光致发光晶片的方法，其特征在于光致发光晶片正面 通过刻蚀方法形成具有棱锥形凹凸织构的增透射粗糙表面。
15.根据权利要求9所述的制备光致发光晶片的方法，其特征在于光致发光晶片按铸 模形状做成具有特定规律的阵列排布的凹坑，所述凹坑的形状与被封装LED芯片的形状和 尺寸相匹配；或做成具有特定规律的阵列排布的凸起，所述凸起的形状与LED的光度分布 要求相对应。
16.一种半导体发光二极管，该发光二极管包括LED芯片，其特征在于LED芯片发光 面的一侧设有由LED芯片发光激发的光致发光晶片，光致发光晶片为不掺加任何树脂和其 它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片为单晶或多晶，光致发光晶片的厚度> 20 μ m，晶粒的 尺寸彡10 μ mo
17.一种白光半导体发光二极管，该发光二极管包括氮化镓LED芯片，其特征在于氮 化镓LED芯片发光面的一侧设有如权利要求1或2所述的光致发光晶片；由氮化镓LED芯 片发出的蓝光激发光致发光晶片发出黄光，蓝光与黄光混合形成白光。
18.根据权利要求17所述的一种白光半导体发光二极管，其特征在于光致发光晶片 通过镶嵌或粘贴的方式设置在氮化镓LED芯片的发光面的上方。
19.根据权利要求17所述的一种白光半导体发光二极管，其特征在于光致发光晶片 与氮化镓LED芯片之间留有空隙。
20.根据权利要求17所述的一种白光半导体发光二极管，其特征在于光致发光晶片 的形状为两面都是平面、一面是平面另一面有凹坑、一面是平面另一面有凸起或者一面有 凹坑另一面有凸起，所述的氮化镓LED芯片设置在凹坑内。
全文摘要
本发明涉及发光二极管(LED)制造领域，尤其涉及用于LED的光致发光晶片及其制备方法和应用。光致发光晶片，所述的光致发光晶片为具有通式为A3B5O12的石榴石结构不掺加任何树脂和其它粘结剂的片状晶体，光致发光晶片的厚度≥20μm，晶粒的尺寸≥10μm；并且，所述的光致发光晶片的元素成分中包括第一元素A为稀土元素Y、Lu、La、Gd或Sm中的至少一种；第二元素B为元素Al、Ga或In中的至少一种；激活元素为稀土元素Ce，Pr，Tb或Dy中至少一种。本发明光致发光晶片具有以下特点发光效率高，发光均匀性好；不会由于粘结剂的光吸收而减小发光层的透光性；光致发光晶片表面容易实施各种光学处理。
文档编号H01L33/48GK102140690SQ201010616828
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者陈哲艮 申请人:陈哲艮