CN101667612A - 光电元件 - Google Patents

Abstract

一种光电元件，包含n型覆盖层；p型覆盖层；以及发光层，位于该n型覆盖层与该p型覆盖层之间。发光层由多个势垒层与多个阱层交错堆叠而成的多重量子阱结构，其中于最靠近p型覆盖层的势垒层掺入可以改变其势垒的杂质，以形成势垒调变层。上述元件具有提高发光效率的优点。

Description

光电元件

技术领域

本发明关于一种光电元件，尤其是一种具有多重量子阱结构的发光二极管元件。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)由于具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速度快、耐震性佳等优点，已被广泛应用于如汽车、电脑、通讯与消费电子产品等领域中。

一般而言，发光二极管具发光层(Active layer)，被两种不同电性的覆盖层(p-type&n-type cladding layers)所包夹而成。当于两覆盖层上方的接触电极施加驱动电流时，两覆盖层的电子与空穴会注入发光层，于发光层中结合而放出光线，其光线具全向性，会射出此发光二极管元件的各个表面。通常，发光层可为单一量子阱结构层(SQW)或多重量子阱结构层(MQW)。与单一量子阱结构层(SQW)相较，多重量子阱结构层(MQW)具有优选的光电转换效率，并且即使在电流很小时，它仍可以透过许多势垒层及阱层堆叠而成的小能隙结构，将电流转换为光。

然而，多重量子阱结构层容易受到载流子溢流与压电场效应的影响，使电子、空穴难以有效地被局限于多重量子阱结构中进行结合，因而使发光二极管的发光效率难以提升。

发明内容

本发明提出一种光电元件，包含n型覆盖层；p型覆盖层；以及发光层位于n型覆盖层与p型覆盖层之间，且发光层由多个势垒层与多个阱层交错堆叠而成的多重量子阱结构；其中于最靠近p型覆盖层的势垒层掺入可以改变势垒的杂质，以形成势垒调变层。

在本发明的一实施例中，上述势垒调变层的势垒大于其他势垒层。形成势垒调变层掺入的杂质可为铝(Al)原子，势垒调变层的厚度可小于其他势垒层或可小于或等于90埃。

在本发明的另一实施例中，上述势垒调变层的势垒小于其他势垒层。形成势垒调变层所掺入的杂质可为铟(In)原子。且势垒调变层可以是一层或多层。

上述光电元件，由于具有靠近p型覆盖层的势垒调变层，其势垒与发光层的其他势垒层的势垒不同，因此势垒调变层可增加电子、空穴的结合机率，提高发光二极管的发光效率。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明第一实施例的具有多重量子阱发光层的光电元件的示意图。

图2是图1所示光电元件的势垒图。

图3是本发明第二实施例的具有多重量子阱发光层的光电元件的势垒图。

图4是本发明第三实施例的具有多重量子阱发光层的光电元件的势垒图。

图5是本发明第四实施例的具有多重量子阱发光层的光电元件的势垒图。

图6是本发明第五实施例的具有多重量子阱发光层的光电元件的势垒图。

图7是本发明实施例的背光模块结构。

图8是本发明实施例的照明装置结构。

【元件代表符号简单说明】

10、611、711：光电元件

11：第一接触电极

12、22、32、42、52：p型覆盖层

122：高势垒区

14：发光层

142、242、342、442、542：阱层

143、243、343、443、543：势垒调变层

144、244、344、444、544：势垒层

16、26、36、46、56：n型覆盖层

17：第二接触电极

600：背光模块装置

610、710：光源装置

620：光学装置

630、720：电源供应系统

700：照明装置

730：控制元件

具体实施方式

图1所示为本发明第一实施例，具有多重量子阱发光层的光电元件结构。光电元件10为发光二极管结构，其包括p型覆盖层12，n型覆盖层16，位于p型覆盖层12与n型覆盖层16之间的发光层14，位于p型覆盖层12上方的第一接触电极11以及与n型覆盖层16接触的第二接触电极17。其中发光层14由多个阱层142与多个势垒层144交错堆叠而成的多重量子阱结构，并且于最靠近p型覆盖层12的发光层14中的势垒层，掺入可以改变其势垒的杂质，以形成势垒调变层143。当于两接触电极11、17上施加驱动电流时，p型覆盖层12与n型覆盖层16的空穴与电子会注入发光层14，于发光层14中结合而放出光线。

p型覆盖层12、n型覆盖层16以及发光层14可为氮化镓系列的半导体，例如p型覆盖层12的材料为p型氮化镓，n型覆盖层16的材料为n型氮化镓，发光层14的阱层142的材料为氮化铟镓，发光层14的势垒层144的材料为氮化镓。再者，光电元件10还可在靠近发光层14的p型覆盖层12的区域，形成高势垒区122，如图2所示。高势垒区122可通过掺入铝(Al)原子形成。

于本实施例中，发光层14中的阱层142有四层，势垒层144有二层，势垒调变层143仅有一层；且相对于发光层14中的其他势垒层144，势垒调变层143与p型覆盖层12的距离较小。势垒调变层143的势垒与发光层14中的其他势垒层144的势垒不同；于优选实施例中势垒调变层143的势垒大于势垒层144的势垒，如图2所示。势垒调变层143可为掺入有铝(Al)原子的氮化镓势垒层。

相较于发光层14中的其他势垒层144，势垒调变层143具有较高的势垒，因此势垒调变层143可抑制空穴载流子从靠近p型覆盖层12的量子阱溢流出，从而可增加电子、空穴的结合机率，提高光电元件10的发光效率。此外，势垒调变层143因掺入铝(Al)原子而形成氮化铝镓，由于氮化铝镓的晶格常数较氮化镓小，而氮化铟镓量子阱的晶格常数较氮化镓大，因此掺入铝原子的调节势垒层143可让等效量子阱的晶格常数较容易与氮化镓匹配，从而减少压电场对量子阱的影响，提升内部量子效应，进一步提高光电元件10的发光效率。

图3所示为本发明第二实施例的光电元件的势垒示意图。本实施例与第一实施例的光电元件10的结构相似，包括p型覆盖层22，n型覆盖层26，位于p型覆盖层22与n型覆盖层26之间的发光层，发光层包括阱层242、势垒层244及势垒调变层243，势垒调变层243的势垒大于势垒层244的势垒；其不同点在于势垒调变层243的厚度小于势垒层244的厚度。势垒调变层243的厚度可小于或等于90埃。势垒调变层243厚度较小可进一步增强光电元件的发光效率；例如当势垒调变层243的厚度为90埃时，光电元件的发光效率可达89％。

图4所示为本发明第三实施例的光电元件的势垒示意图。本实施例与第一实施例的光电元件10的结构相似，包括p型覆盖层32，n型覆盖层36，位于p型覆盖层32与n型覆盖层36之间的发光层，发光层包括阱层342、势垒层344及势垒调变层343；其不同点在于势垒调变层343的势垒小于势垒层344的势垒。势垒调变层343掺入的杂质可为铟(In)原子而形成氮化铟镓。势垒调变层343相较于发光层中的其他势垒层344具有较低的势垒，因此可以增加电子、空穴于势垒调变层343结合的机率，提高光电元件的发光效率，使得光电元件的发光效率可达到93％。

图5所示为本发明第四实施例的光电元件的势垒示意图。本实施例与第一实施例的光电元件10的结构相似，包括p型覆盖层42，n型覆盖层46，位于p型覆盖层42与n型覆盖层46之间的发光层，发光层由多个阱层442与多个势垒层444交错堆叠而成的多重量子阱结构，其不同点在于最靠近p型覆盖层的两层势垒层掺入改变势垒的杂质，例如铟原子，以形成具多层结构的势垒调变层443。势垒调变层443的势垒小于势垒层444的势垒。上述具有多层结构的势垒调变层443的光电元件的发光效率可达到83％。势垒调变层443亦可多于两层，且其掺入的杂质亦可为铝原子，而使得势垒调变层443的势垒大于势垒层444的势垒。

图6所示为本发明第五实施例的光电元件的势垒示意图。本实施例与第四实施例的光电元件相似，包括p型覆盖层52，n型覆盖层56，位于p型覆盖层52与n型覆盖层56之间的发光层，发光层包括阱层542、势垒层544及势垒调变层543；其不同点在于每一势垒调变层543的厚度小于势垒层544的厚度。

综上所述，在本发明的光电元件，由于具有靠近p型覆盖层的势垒调变层，其势垒与发光层的其他势垒层不同，因此势垒调变层可增加电子、空穴的结合机率，提高发光二极管的发光效率。

请参阅图7，其显示本发明实施例的背光模块结构。其中背光模块装置600包含：由本发明上述任意实施例的光电元件611所构成的光源装置610；光学装置620置于光源装置610的出光路径上，将光做适当处理后出光；以及电源供应系统630，提供上述光源装置610所需的电源。

请参阅图8，其显示本发明实施例的照明装置结构。上述照明装置700可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等等。其中照明装置700包含：光源装置710，由本发明上述的任意实施例的光电元件711所构成；电源供应系统720，提供光源装置710所需的电源；以及控制元件730控制电源输入光源装置710。

虽然本发明已通过各实施例说明如上，然其并非用以限制本发明的范围。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (10)

1.一种光电元件，包含：

n型覆盖层；

p型覆盖层；以及

发光层，位于该n型覆盖层与该p型覆盖层之间，且该发光层由多个势垒层与多个阱层交错堆叠而形成多重量子阱结构，其中该多重量子阱结构包含势垒调变层，该势垒调变层为至少一层最靠近该p型覆盖层的势垒层，且包含杂质使该势垒调变层的势垒与其他势垒层的势垒不同。

2.如权利要求1所述的光电元件，其中该n型覆盖层、该p型覆盖层以及该发光层为氮化镓系列的半导体层；且该杂质为铝原子或铟原子。

3.如权利要求1所述的光电元件，其中该势垒调变层的势垒大于或小于其他势垒层。

4.如权利要求1所述的光电元件，其中该势垒调变层的厚度小于其他势垒层。

5.如权利要求5所述的光电元件，其中该势垒调变层的厚度小于或等于90埃。

6.如权利要求1所述的光电元件，其中该势垒调变层可以是一层或多层。

7.如权利要求1所述的光电元件，还包含于该p型覆盖层中靠近该发光层的区域，形成高势垒区。

8.如权利要求7所述的光电元件，其中该高势垒区掺入铝原子。

9.一种背光模块装置包含：

光源装置，由权利要求1～8所述的光电元件任选其一所组成；

光学装置，置于该光源装置的出光路径上；以及

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源。

10.一种照明装置包含：

光源装置，由权利要求1～8所述的光电元件任选其一所组成；

电源供应系统，提供该光源装置所需的电源；以及

控制元件，控制该电源输入该光源装置。

Images