CN102024836A - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光元件，其包含基板及多个整流单元。多个整流单元包含第一整流单元及第二整流单元，且形成在基板上以接收交流信号并将其调整为直流信号。每一个整流单元包含接触层及肖特基金属层。发光元件还包含多个发光二极管，接收上述直流信号；及第一电极，形成在基板上且覆盖第一整流元件的接触层和第二整流元件的肖特基金属层。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及一种发光元件，更具体而言，是涉及一种具有整流单元的发光元件。
背景技术
固态发光元件中的发光二极管元件(Light Emitting Diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，因此常应用于家电、仪表的指示灯及光电产品等领域。随着光电科技的进步，固态发光元件在提升发光效率、使用寿命以及亮度等方面已有长足的进步，预期能在不久的将来成为未来发光元件的主流。
然而，已知的LED必须以直流电(DC)驱动，所以一般在与交流电(AC)之间必须要有一个转换器，但转换器体积大、重量重，不但增加成本，在电力转换时亦多有耗损，在价格上更无法与现有的光源竞争。因此，如何在不需要AC/DC转换器的前提下以AC操作发光二极管，仍为重要发展课题。
发明内容
本发明提出具有整流单元的发光元件。发光元件包含基板及多个整流单元。多个整流单元包含第一整流单元及第二整流单元，且形成在基板上以接收交流信号并将其调整为直流信号。每一个整流单元包含接触层及肖特基金属层。发光元件还包含多个发光二极管，接收上述直流信号；及第一电极，形成在基板上且覆盖第一整流元件的接触层和第二整流元件的肖特基金属层。
附图说明
图1为本发明所披露的发光元件的电路图。
图2为本发明所披露的发光元件的俯视图。
图3为本发明所披露的发光元件的两个发光二极管的剖面图，其为图2的A-A’剖面。
图4A为本发明所披露的发光元件的第一整流结构的剖面图，其为图2的B-B’剖面。
图4B为本发明所披露的发光元件的第二整流结构的剖面图，其为图2的C-C’剖面。
图4C显示本发明所披露的发光元件中，第一、第二整流结构与多个发光二极管间的连接图。
附图标记说明
100：发光元件
110：发光二极管芯片
111：共同基板
112、112-1、112-2：发光二极管
113：沟槽
114：n型半导体导电层
1141：曝露区
115：n侧接触层
116：肖特基金属层
1171：n型半导体披覆层
1172：有源层
1173：p型半导体披覆层
118：绝缘层
119：p侧接触层
120：第一连接层
120′：第二连接层
120″：第三连接层
130：第一整流单元
140：第二整流单元
150：第三整流单元
160：第四整流单元
170：第一整流结构
171：第一电极
180：第二整流结构
181：第二电极
具体实施方式
图1显示本发明所披露的发光元件100的电路图。发光元件100包含多个发光二极管112；第一、第二、第三和第四整流单元130、140、150、160；第一电极及第二电极171、181。发光二极管112彼此串联连接以形成发光群组110。整流单元130、140、150、160与发光群组110以全波桥式整流结构的方式连接，例如惠斯通电桥结构。第一电极171与第一和第二整流单元130、140连接，而第二电极181与第三和第四整流单元150、160连接。在交流电的正循环中，交流电供应器的正极提供电流给发光元件100且电流流经第一电极171、第一整流单元130、发光群组110、第三整流单元150至第二电极181及交流电供应器的负极。相反地，在交流电的负循环中，交流电供应器的负极提供电流给发光元件100且电流流经第二电极181、第四整流单元160、发光群组110、第二整流单元140至第一电极171和交流电供应器的正极。
图2显示图1的电路图所披露的发光元件100的俯视图。发光元件100包含共同基板111，用以支持发光二极管112及四个整流元件130、140、150、160。共同基板111可为成长基板或接合基板，而发光二极管112成长或接合在共同基板111上。共同基板111包含至少一物质，其选自碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、氧化锌(ZnO)、及硅(Si)。优选地，发光二极管112包含氮化物材料，例如氮化镓、铝氮化镓、锌氮化镓、氮化铟；或磷化物材料，例如磷化铝镓铟、磷化镓、磷化铟。多个发光二极管112且/或整流单元130、140、150、160共同地成长或接合在共同基板111上。发光二极管112彼此以串联方式电连接。整流单元130、140、150、160是透过第一和第二连接层120、120′与发光群组110连结以形成全波桥式整流结构，例如惠斯通电桥结构。整流单元130、140、150、160主要是将交流电供应器的交流信号转为直流信号，且提供直流信号给发光群组110。因此，发光群组110能在交流电供应器的正、负循环下发光。每一整流单元130、140、150、160优选地具有高崩溃电压以防止发光元件100在逆偏压时造成本身损坏。每一整流单元130、140、150、160优选地为具有低启动(turn on)电压及高崩溃电压的单一肖特基二极管。第一电极171形成在或覆盖第一和第二整流单元130、140，而第二电极181形成在或覆盖第三和第四整流单元150、160。第一电极171及第一和第二整流单元130、140形成与交流电供应器正极电连结的第一整流结构170。第二电极181及第三和第四整流单元150、160形成与交流电供应器负极电连结的第二整流结构180。每一电极171、181与形成于其下方的整流单元130、140、150、160使用共同的芯片面积，因此电极171、181与整流单元130、140、150、160所占据的面积可最小化，而更多的芯片面积可以作为发光群组110的发光面积。因此，可提升发光效率且降低发光元件的制造成本。每一电极171、181优选地可做为用以引线的引线垫，且优选地包含至少一物质，其选自镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)、及铝(Al)。
图3显示图2剖面线AA’中，发光元件中两串联连接的发光二极管112-1、112-2的剖面图。每一发光二极管112-1、112-2包含n型半导体导电层114，形成在共同基板111上且具有曝露区1141；n侧接触层115，形成在n型半导体导电层114上并与n型半导体导电层114为欧姆接触；n型半导体披覆层1171，形成在n侧接触层115上；有源层1172，形成在n型半导体披覆层1171上；p型半导体披覆层1173，形成在有源层1172上；及p侧接触层119，形成在p型半导体披覆层1173上并与p型半导体披覆层1173为欧姆接触。
为了使两发光二极管112-1、112-2在共同基板上111能物理性地分离，沟槽113形成在两发光二极管112-1、112-2之间。第三连接层120″电连接发光二极管112-1的p侧接触层119与邻近发光二极管112-2的n型半导体导电层114的曝露区1141，以在两发光二极管112-1、112-2间形成串联连接。绝缘层118形成在第三连接层120″、部分发光二极管112-1、112-2和沟槽113之间，以防止任何不必要的短路路径形成。n侧接触层115优选地包含掺杂浓度大于1*1018cm-3的半导体材料，以能够与n型半导体导电层114且/或n型半导体披覆层1171形成欧姆接触。类似地，p侧接触层119优选地包含掺杂浓度大于1*1018cm-3的半导体材料以能够与p型半导体披覆层1173且/或第三连接层120″形成欧姆接触。第一、第二和第三连接层120、120′、120″优选地包含导电材料，例如金属或透明金属氧化物。透明金属层优选地包含至少一物质，其选自氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锌铝、及氧化锌锡。
图4A显示图2剖面线BB’中，第一整流结构170的剖面图。第一整流结构170包含第一和第二整流单元130、140及形成在第一和第二整流单元130、140上的第一电极171。第一和第二连接层120、120′连结第一整流结构170、发光群组110和第二整流结构180。第一和第二整流单元130、140分别包含n型半导体导电层114，其具有欧姆区域和肖特基区域；肖特基金属层116形成在n型半导体导电层114的肖特基区域上以与n型半导体导电层114形成肖特基接触；及n侧接触层115形成在n型半导体导电层114的欧姆区域以与n型半导体导电层114形成欧姆接触。其中，第一整流单元130的n侧接触层115邻近于第二整流单元140的肖特基金属层116。为了使第一和第二整流单元130、140在共同基板111上可物理性地分离，沟槽113形成在第一和第二整流单元130、140之间。第一整流结构170还包含绝缘层118，覆盖第一和第二整流单元130、140的部分侧壁以及沟槽113。具体地，绝缘层118覆盖第一整流单元130的部分n侧接触层115、第二整流单元140的部分肖特基金属层116和沟槽113以防止第一和第二整流单元130、140之间不必要的短路路径。第一电极171形成在或覆盖第一整流单元130的n侧接触层115、第二整流单元140的肖特基金属层116以及绝缘层118。因此，在第一电极171、第一整流单元130的n侧接触层115、第二整流单元140的肖特基金属层116之间形成电连接。第一连接层120电连接第一整流单元130的肖特基金属层116、发光群组110和显示在图4B中第四整流单元160的肖特基金属层116。绝缘层118更形成在第一连接层120和第一整流单元130之间，以及第二连接层120′和第二整流单元140之间。具体地，绝缘层118形成在第一连接层120和第一整流单元130的n型半导体导电层114的肖特基区域之间，以及第二连接层120′和第二整流单元140的n型半导体导电层114的欧姆区域之间，以防止在其间不必要的短路路径。n型半导体导电层114具有功函数ψS，且肖特基金属层116具有高于ψS的功函数ψM，如此在肖特基金属层116和n型半导体导电层114之间能形成肖特基接触。肖特基金属层116包含至少一物质，其选自Au、Ni、Pt和Pd。n型半导体导电层114包含未掺杂Si或掺杂Si的氮化镓或氮化磷。n侧接触层115含有具有低于ψS的功函数ψN的金属，或含有掺杂高浓度不纯物的半导体材料，而使其与n型半导体导电层114具有相同导电型，且掺杂浓度不小于5*1018cm-3。
图4B显示图2剖面线CC’中，第二整流结构180的剖面图。第二整流结构180包含第三和第四整流单元150、160及形成在第三和第四整流单元150、160上的第二电极181。第一、第二连接层120、120′连结第二整流结构180、发光群组110和第一整流结构170。第三和第四整流单元150、160分别包含在共同基板上111的n型半导体导电层114，其具有欧姆区域和肖特基区域；肖特基金属层116形成在n型半导体导电层114的肖特基区域以与n型半导体导电层114形成肖特基接触；及n侧接触层115形成在n型半导体导电层114的欧姆区域以与n型半导体导电层114形成欧姆接触。其中，第三整流单元150的肖特基金属层116邻近于第四整流单元160的n侧接触层115。为了使第三和第四整流单元150、160在共同基板上111可物理性地分离，沟槽113形成在第三和第四整流单元150、160之间。第二整流结构180还包含绝缘层118，覆盖第三和第四整流单元150、160的部分侧壁以及沟槽113。具体地，绝缘层118覆盖第四整流单元160的部分n侧接触层115、第三整流单元150的部分肖特基金属层116和沟槽113以防止第三和第四整流单元150、160之间不必要的短路路径。第二电极181形成在或覆盖第三整流单元150的肖特基金属层116、第四整流单元160的n侧接触层115以及绝缘层118。因此，在第二电极181、第四整流单元160的n侧接触层115、第三整流单元150的肖特基金属层116之间形成电连接。绝缘层118还形成在第一连接层120和第四整流单元160之间，以及第二连接层120′和第三整流单元150之间。具体地，绝缘层118形成在第一连接层120和第四整流单元160的n型半导体导电层114的肖特基区域之间，以及第二连接层120′和第三整流单元150的n型半导体导电层114的欧姆区域之间，以防止其间不必要的短路路径。
第一整流结构170、第二整流结构180和发光群组110之间，详细的连接方式显示在图4C中。具体地，第一连结层120电连接第四整流单元160的肖特基金属层116与第一整流单元130的肖特基金属层116，且也电连接至发光群组110；第二连结层120′电连接第二整流单元140的n侧接触层115与第三整流单元150的n侧接触层115，且也电连接至发光群组110。在交流电的正循环下，由于第二整流单元140的肖特基区域的肖特基障碍，交流电供应器的正极提供电流给第一电极171，且电流流经第一整流单元130的欧姆区域、发光群组110、第三整流单元150至第二电极181及交流电供应器的负极。相似地，在交流电的负循环中，交流电供应器的负极提供电流给第二电极181，且电流流经第四整流单元160的欧姆区域、发光群组110、第二整流单元140至第一电极171和交流电供应器的正极。通过第一和第二整流结构170、180的配置，使具有整流功能的整流元件130、140、150、160所占据的芯片面积可最小化。
本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。

Claims (10)

1.一种发光元件，包含：
基板；
多个整流单元，包含第一整流单元及第二整流单元，且形成在该基板上以接收交流信号并调整为直流信号，其中任一个整流单元，包含接触层及肖特基金属层；
多个发光二极管，接收该直流信号；及
第一电极，提供在该基板上且覆盖该第一整流元件的该接触层和该第二整流元件的该肖特基金属层。
2.如权利要求1所述的发光元件，还包含半导体导电层，形成在该基板上；
其中，在每一个该整流单元中，该半导体导电层在该接触层下方形成欧姆区域以及在该肖特基金属层下方形成肖特基区域。
3.如权利要求2所述的发光元件，其中，在每一个该整流单元中，该金属半导体层的功函数大于该接触层的功函数，且小于该肖特基金属层的功函数。
4.如权利要求1所述的发光元件，还包含绝缘层，形成在该第一整流单元的该接触层与该第二整流单元的肖特基金属层之间。
5.如权利要求1所述的发光元件，还包含第二电极；其中，该多个整流元件还包含第三整流元件和第四整流元件，
其中，每一个该整流单元中，包含接触层及肖特基金属层，以及
其中，该第二电极覆盖该第三整流元件的该肖特基金属层和该第四整流元件的该接触层。
6.如权利要求5所述的发光元件，还包含绝缘层，形成在该第三整流单元的该肖特基金属层与该第四整流单元的接触层之间。
7.如权利要求5所述的发光元件，还包含第一连接层，电性连接该第一整流单元的该肖特基金属层与第四整流单元的该肖特基金属层；及
第二连接层，电性连接该第二整流单元的该接触层与第三整流单元的该接触层。
8.如权利要求7所述的发光元件，还包含绝缘层，形成在该第一连接层与该第一及该第四整流单元之间。
9.如权利要求5所述的发光元件，还包含半导体导电层，形成在该基板上；
其中，在每一个该整流单元中，该半导体导电层在该接触层下方形成欧姆区域以及在该肖特基金属层下方形成肖特基区域。
10.如权利要求9所述的发光元件，其中，在每一个该整流单元中，该金属半导体层的功函数大于该接触层的功函数，且小于该肖特基金属层的功函数。
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