CN102315379B

CN102315379B - 具有热电结构的光电元件

Info

Publication number: CN102315379B
Application number: CN 201010220928
Authority: CN
Inventors: 许明祺
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2010-07-01
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: CN102315379A

Abstract

本发明公开一种具有热电结构的光电元件，其包含一光电转换层、形成于光电转换层两相对侧的两半导体层、至少形成于其中的一半导体层上的导电结构、及形成于导电结构中的热电结构，其中热电结构可在导电结构中进行热电转换而增进电流扩散效果，或进行电热转换以散逸光电转换层所产生的热。

Description

具有热电结构的光电元件

技术领域

本发明涉及一种光电元件，更详言之，是涉及一种具有热电结构的光电元件。

背景技术

光电元件包含许多种类，例如发光二极管(Light-emitting Diode；LED)、太阳能电池(Solar Cell)和光电二极管(Photo diode)等。以LED为例，LED是一种固态半导体元件，其至少包含一p-n接面(p-n junction)，此p-n接面形成于p型与n型半导体层之间。当在p-n接面上施加一定程度的偏压时，p型半导体层中的空穴与n型半导体层中的电子会结合而释放出光，此光产生的区域一般又称为发光区(light-emitting region)。

目前发光二极管普遍有电流扩散不佳的问题，就p型半导体层在上的发光二极管而言，发光层上形成有一p型半导体层，而p型半导体层上可设有一电极垫以导入电流。目前增进电流扩散的方式多为在p型半导体层上形成一例如以金属氧化物或磷化镓为材料的电流扩散层，再在电流扩散层上设置电极垫，而进一步地可再由电极垫延伸出一或多个的延伸电极以更增进电流的分布。然而即使在发光二极管上进行了上述可增进电流分部的结构改良，仍有电流过度集中于电极垫或其延伸电极下方的问题。

此外，发光二极管另有散热方面的问题。当发光层温度过高时，电子与空穴的结合率会降低进而影响发光效率。上述发光二极管更可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus)。所述发光装置包含一具有至少一电路的次载体(sub-mount)；至少一焊料(solder)位于上述次载体上，通过此焊料将上述发光二极管粘结固定于次载体上并使发光二极管的基板与次载体上的电路形成电连接；以及，一电连接结构，以电连接发光二极管的电极垫与次载体上的电路；其中，上述的次载体可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置的电路规划并提高其散热效果。

发明内容

本发明提出一种具热电结构的光电元件，具有较佳的电流分布及散热效果，其包含：一基板；一光电转换叠层，形成于基板上，包含一形成于基板上的第一半导体层、形成于第一半导体层上的一光电转换层、及形成于光电转换层上的一第二半导体层；一导电结构，形成于基板及第一半导体层间，或第二半导体层上；以及一热电结构，形成于导电结构中。

依据本发明的一实施例，导电结构包含一形成于第二半导体层上的透明导电层，热电结构形成于透明导电层中，或透明导电层及第二半导体层间，以进行热电转换。

依据本发明的又一实施例，导电结构包含一形成于第二半导体层上的透明导电层、及形成于透明导电层上的金属垫，热电结构形成于透明导电层及金属垫间、或透明导电层中对应金属垫的位置，以进行热电转换。

依据本发明的又一实施例，导电结构包含形成于基板及第一半导体层间的一金属层，其中基板是一导电基板，热电结构形成于金属层及基板间，以进行电热转换。

附图说明

图1是本发明热电式光电元件的第一实施例示意图；

图2A是本发明热电式光电元件的第二实施例示意图；

图2B是本发明热电式光电元件的第二实施例的一热电效应示意图；以及

图2C是本发明热电式光电元件的第二实施例的又一热电效应示意图。

主要元件符号说明

100，200 光电元件

101，201 热电结构

201a 吸热端

201b 放热端

102，202 基板

106 导电结构

206 反射层

107，207 第一半导体层

108，208 光电转换层

110，210 第二半导体层

112，212 透明导电层

114 金属垫

114a 延伸部

203 上电极

205 下电极

2011 p型热电材料

2012 n型热电材料

具体实施方式

如图1所示，本发明的第一实施例显示一光电元件100，包含：一基板102；一形成于基板102上的光电转换叠层104；一形成于光电转换叠层104上的导电结构106；以及形成于导电结构106中的一热电结构101。光电转换叠层104包含形成于基板102上的一第一半导体层107、形成于第一半导体层107上的一光电转换层108、及形成于光电转换层108上的一第二半导体层110，其中第一半导体层107可为一n型半导体层，第二半导体层110可为一p型半导体层，而光电转换层108可供产生光线，此时本实施例的光电元件100为一发光元件；或光电转换层108可供吸收光线而令光电元件100为一太阳能电池。导电结构106形成于第二半导体层110上，可至少包含形成于第二半导体110上的一透明导电层112，且在透明导电层112上复可形成有一供导入外部电流的金属垫114，而金属垫114更可延伸出一或多个的延伸部114a。

热电结构101可由一纳米级热电材料所形成，其特性为可将热能转成电能，或通电后而吸收周围环境热能的材料，例如为Bi₂Te₃、CeAl₂、Y₂O₃、或SiGe。热电结构101可通过蒸镀形成于透明导电层112与第二半导体层110间；及/或透明导电层112中；及/或透明导电层112与金属垫114或其延伸部114a间，其中当热电结构101形成于透明导电层中时，可位于金属垫114及/或其延伸部114a的正下方。当电流由金属垫114进入光电元件100时，热电结构101可将电流扩散不良处所蓄积的热能进行热转电的效应，以增加电流的分布。在一实施例中，热电结构101可为掺杂为p型或n型的半导体材料，当热电结构101受热时，无论其为n型或p型均会产生热转电的效应，差别在于当热电结构101掺杂为n型时，产生由热电结构101往光电转换层108流动的电流；而当热电结构101掺杂为p型时，会产生由热电结构101往光电元件100顶部流动的电流。本实施例所采用的热电结构101较佳地为n型，以在进行电流扩散的同时也提供往光电转换层108流动的电流。

上述透明导电层112可包含金属氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化锌(ZnO)；或半导体化合物诸如砷镓化铝(AlGaAs)、磷化镓(GaP)或其他类似的半导体化合物；或导电性良好的薄金属层或薄金属合金层，其结构可为单层或叠层结构。

基板102可为导电基板或绝缘基板。如图1所示，本实施例的光电元件100为一水平式的发光元件，具有一绝缘基板。光电转换叠层104可在基板102上以例如为MOCVD方式外延成长完成，或先于其他成长基板(图未示)上成长完成后再结合于基板102。

请参阅图2A，本发明的第二实施例显示一光电元件200，包含：一基板202；一形成于基板202上的光电转换叠层204；一形成于光电转换叠层204及基板202间的反射层206；以及形成于反射层206及基板202间的一热电结构201。本实施例相似于第一实施例，基板202则为导电基板，而与反射层206形成一导电结构。光电转换叠层204包含形成于反射层206上的一第一半导体层207、形成于第一半导体层207上的一光电转换层208、及形成于光电转换层208上的一第二半导体层210，其中第一半导体层207可为一p型半导体层，第二半导体层210可为一n型半导体层。可在反射层206及第一半导体207间形成一透明导电层212以增加电流扩散的效果。热电结构201可为纳米级热电材料，以膜状形成于基板202与反射层206间或导电结构中的其他叠层间。热电结构201的材料可包含Bi₂Te₃、CeAl₂、Y₂O₃、或SiGe。此外，基板202底部具有一下电极205，而光电转换叠层204上则具有一上电极203。

反射层206的相对两侧分别与光电转换叠层204及基板202结合，在本实施例中，光电转换叠层204先于另一成长基板(图未示)成长完成后将成长基板移除，再与反射层206结合，而反射层206预先与基板202结合。反射层206可为具有高反射率的材料，例如铜(Cu)、铝(Al)、铟(In)、锡(Sn)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、镍(Ni)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、锰(Mn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、铊(Tl)、砷(As)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)、铱(Ir)、铼(Re)、铑(Rh)、锇(Os)、钨(W)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)或金合金(Au alloy)等，以反射来自于光电转换层208的光线。

热电结构201可为p型或n型，如图2B所示，当热电结构201为n型且通过电流时，n型热电结构201中电子往电流的反向移动，而热电结构201形成了一吸热端201a及一放热端201b，因而驱使光电转换层208中的热能往热电结构201方向传递而加速热能的散逸。本实施例的热电材料201为n型，以配合电流方向，然而光电转换叠层204的第一半导体层207也可为n型半导体层，而第二半导体层210可为p型半导体层，此时所采用的热电结构201应为p型以配合电流方向。

另外，热电材料201也可为同时具有p型与n型的态样，如图2C所示，基板202与反射层206间间隔设有多个p型热电材料2011及n型热电材料2012。

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

1.一种光电元件，包含：

光电转换层；

半导体层，形成于该光电转换层上；

导电结构，形成于该半导体层上，包含具有延伸部的金属垫以及形成在该半导体层与该金属垫之间的透明导电层；以及

热电结构，形成于该透明导电层中。

2.如权利要求1的光电元件，该热电结构形成于该透明导电层中对应该金属垫的位置。

3.如权利要求1的光电元件，其中该半导体层的极性为p型，而该热电结构的极性为n型。

4.如权利要求1的光电元件，其中该热电结构为纳米级热电材料，包含Bi₂Te₃、CeAl₂、Y₂O₃或SiGe。