白光LED的發(fā)光材料－Phosphorous

一、熒光體（Phosphorous）
能將各種入射的能量轉(zhuǎn)成光子的形式輸出機能，具有此機能的稱之為熒光性。而入射的形式有電子束、放射（α、γ……）線、……等。一般放射出來
的光子皆為可見光，可以直接讓人眼感受到，具有此種機能的物質(zhì)，稱之為熒光體。對于熒光體可以應用于UV光波段的種類，約有30種材質(zhì)；其材質(zhì)的母體有鹵化物、硫化物、氧化物、……等種類。

二、熒光體理論（Phosphorous Theory）
為制作高發(fā)光亮度（效率）的熒光體，需研究結(jié)晶體中可以發(fā)光的物質(zhì)，這部份稱為發(fā)光中心（luminescence center）。發(fā)光中心有許多種不同材質(zhì)，最平常的是微黃的金屬離子擴散在母體中而做成的，為讓母體中的發(fā)光中心產(chǎn)生作用，有時需添加活性劑（activator），甚至于為讓活性劑更容易作用，需要再加入其它的助活劑（Co-activator）。例如硅酸鋅母體中，Doping Mn活性劑時，由紫外線或電子線激發(fā)，會激發(fā)出鮮艷的綠色。在一般熒光體中由于母體和活性劑的材料有所不同，所發(fā)出來的光波亦會有所不同，尤其是活性劑的影響度最大。要做為活性劑的物質(zhì)，需要特定的原子結(jié)構，其中電子本身即具有能量，當外加的能量激發(fā)基態(tài)的電子到激態(tài)，而使得被激發(fā)到激態(tài)的電子成為不穩(wěn)定
的自由電子，當電子處在高能階時是活潑的自由電子會釋放出能量，再由高能階跳到基態(tài)的過程中會釋放能量，而此時所釋 放的光波即為光子，但是被釋放的能量會因為 光子本身能量的大小而躍遷的大小為有所不同 ，而躍遷回來的距離會使得所發(fā)出來的光波有 所不同。而光波的不同會使得能量也不同，而 此時所釋放出來的光子屬于自然激發(fā)的現(xiàn)象； 可以由近代物理中的能階光譜分裂的躍遷機制 理論證明，（圖四）說明可得知。

圖四：II-VI族：Cu、Al能階躍遷圖。
應用在LED磊芯片上的熒光體具有吸收光譜的特性。LED磊芯片會發(fā)出多波長的光波，熒光粉涂層會將LED所發(fā)出來的光波先吸收再經(jīng)材料轉(zhuǎn)換而發(fā)出白光。熒光體的發(fā)光顏色是依禁止帶的寬度及電子、電洞對產(chǎn)生時，所放出的能量來決定。而后者隨著活性離子的不同而改變。
在II-VI族材料中Doping不同的材料會產(chǎn)生不同的發(fā)光光源，這些熒光體是由高能量的光子激發(fā)而發(fā)光，同時證明用母體結(jié)晶覆蓋于活性劑金屬離子上，而把活性劑變成發(fā)光機制中理想化的無機結(jié)晶。

圖五：磊晶成長、測試、封裝流程圖

三、II-VI 族化合半導體（II-VI Compound Semiconductor）
由于II-VI族化合物半導體具有強性的離子性結(jié)合鍵，所以比IV族或III-V族更具有較大的禁止帶Eg的物質(zhì)可做為在可見光區(qū)的光導電性組件，而禁止帶較小的物質(zhì)可以作為紅外光檢出器用。另一方面，在II-VI族化合物半導體的II族位置上置換III族摻雜物，或再VI族位置上置換VII族摻和物時，則可成為施體。反之，在II族位置上置換I族的摻和物，或VI族位置置換V族摻和物的話，可成為受體。而可制得N型和P型半導體。所以II-VI族半導體由不純物摻和作用來制造N型、P型是不容易控制制得。因此，II-VI族半導體是N型、P型？就是由其構成元素的組成，就由哪種載子容易移動來決定之。

四、II-VI族熒光體制作（II-VI Compound Phosphorous manufacture）
1、II-VI族材料：II-VI族的熒光特性、活性劑的使用濃度比其它的熒光體之
用量少，通常熒光體使用活化劑濃度為數(shù)mole﹪，而II-VI族的濃度為
0.01mole﹪，對不純物之純在極為敏感，尤其特別是過度金屬材料，只需
0.1ppm的程度，就會產(chǎn)生反應，故母體的結(jié)晶很單純，需有非常高純度
的熒光體。
2、制作流程
○1混合（活化劑和融劑的混合）：對精制后的1moleII-VI族熒光體而言，融劑之用量為0.1mole及重金屬活化劑添加10-3至10-5mole，混合攪拌。
○2干 燥：放入石英坩堝內(nèi)，加熱干燥之。（去除水分）
○3燒 成：干燥后的II-VI族熒光體，放入電爐內(nèi)加熱，直到約900℃－1000℃范圍，約恒溫60分鐘，再降溫冷卻。
○4洗 凈：冷卻后，用稀酸洗凈之、再用水洗凈、再干燥之。
○5結(jié)晶分散：用磨缽攪磨之，細度：300mesh之程序，用篩子分離之。
○6表面處理：用稀酸洗凈之、在用水洗凈之、水蒸水洗凈。
○7干 燥：再次加熱干燥之。 ○8篩子分離：再次使用篩子分離之。
○9形成熒光體：熒光體和PVA－Cr攪拌合成漿狀。

白光發(fā)光二極管設計制造