CN102593289B - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种发光元件，包含：基板；以及发光结构形成于基板之上。此发光结构包含：具有第一发光波长的第一活性层，及具有第二发光波长的第二活性层；其中第一活性层与第二活性层交互堆迭以形成发光结构。
Description
技术领域
本发明关于一种发光元件，特别是关于一种具有第一活性层与第二活性层交互堆迭的发光元件。
背景技术
近年来，由于磊晶与制程技术的进步，使发光二极管(light emittingdiode，简称LED)成为极具潜力的固态照明光源之一。由于物理机制的限制，LED仅能以直流电驱动，因此，任何以LED作为光源的照明设计中，都需要搭配整流及降压等电子元件，以将电力公司直接提供的交流电转换为LED可使用的直流电源。然而增加整流及降压等电子元件，除造成照明成本的增加外，整流及降压等电子元件的低交流直流转换效率、偏大的体积等均会影响LED使用于日常照明应用时的可靠度与使用寿命。
交流发光二极管(ACLED)元件不需外加整流与降压等电子元件便可直接于交流电源下操作，未来极有潜力成为定点固态照明的主要产品。
LED发光强度会随温度升高而亮度下降，此现象通常是电子漏电所造成。一般为了减少电子漏电的问题，通常会增加p-型(p-type)局限层的载子浓度，或成长能隙较高材料以提高局限电子的能力。但大部分情况下，p-型局限层的载子浓度提高程度有限；且当p-型局限层的载子浓度提高时，由于半导体材料的扩散效应会使高浓度的p型载子向浓度较低的活性层扩散，影响发光品质。
发明内容
本发明提出一种发光元件，包含：基板；以及发光结构形成于基板之上。此发光结构包含：具有第一发光波的第一活性层，且为量子阱结构；及具有第二发光波长的第二活性层，且为量子阱结构；其中第一活性层与第二活性层交互堆迭以形成此发光结构。
本发明提出一种发光元件，此发光元件具有一种发光结构，此发光结构经过任意不同制程步骤后所量测的温度系数TC变异不大。
本发明提出一种发光元件，此发光元件经第一种特定制程步骤后具有第一温度系数TC1；此发光元件经第二种特定制程步骤后具有第二温度系数TC2，且二者差异值的绝对值小于0.12％/K。
附图说明
图1为本发明所揭示的发光元件磊晶结构100的发光结构示意图。
图2为本发明所揭示的发光元件磊晶结构200的发光结构示意图。
图3为本发明所揭示的发光元件磊晶结构300的发光结构示意图。
图4描述本发明实施例的背光模组结构400。
图5描述本发明实施例的照明装置结构500。
主要元件符号说明
1：发光元件
11：第一导电型半导体层
12：发光结构
13：第二导电型半导体层
100，200，300：磊晶结构
100a：第一活性层
100b：第二活性层
400：背光模组装置
410、510：光源装置
420：光学装置
430、520：电源供应系统
500：照明装置
530：控制元件
实施方式
本发明为解决LED发光强度会随温度升高而亮度下降的现象，提出于发光结构中成长二个不同波长的活性层的方法。基于能态理论：电子占据低能阶(即较长波长)活性层的机率较大，当温度升高时电子能量也相对升高，电子由低能阶往高能阶跃迁的机率加大，故提供较高能阶(即较短波长)活性层供电子跃迁之用。
通常以发光元件温度系数(Temperature Coefficient,TC)来表示LED发光强度随温度升高而亮度下降的程度，其定义如下：若发光元件于温度T1时光通量为f1流明，于温度T2时光通量为f2流明；将T1时光通量标准化(normalized)为1，则T2时光通量标准化(normalized)为(f2/f1)；则此发光元件温度系数(Temperature Coefficient,TC)可以下列公式表示，且其值小于0:
TC＝【((T2时标准化光通量)-(T1时标准化光通量))/(T2-T1)】/(T1时标准化光通量)
＝((f2/f1)-1)/(T2-T1)------公式(1)
如图1所示，为本发明所揭示的发光元件1磊晶结构100中发光结构12的示意图，其中发光结构12位于第一导电型半导体层11及第二导电型半导体层13之间。实施例1中，发光元件1其结构至少包含成长基板(图未示)，依序形成第一导电型半导体层11、发光结构12及第二导电型半导体层13于成长基板之上。其中成长基板的材料包括至少一材料选自于砷化镓、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、硅、及锗所组成的材料群组。发光结构12由第一活性层100a与第二活性层100b交互堆迭而成，其中第一活性层100a为量子阱结构，可发出第一发光波长λ1；第二活性层100b为量子阱结构，可发出第二发光波长λ2，且λ1大于λ2。发光结构由一种III-V族半导体材料所组成，此III-V族半导体材料为磷化铝镓铟系列化合物、氮化铝镓铟系列化合物或二者化合物的组合。
经由多次实验数据归纳得知：发光结构12由第一活性层100a与第二活性层100b交互堆迭而成，其中当第一活性层100a与第二活性层100b总共为23n(n为大于0的整数)层，且每二层第一活性层100a间穿插d层的第二活性层100b(4n≦d≦10n)时，此发光结构12经过任意不同制程步骤后所形成的发光元件1量测的温度系数TC差异值的绝对值系小于0.12％/K。其原因为当可发出较长的第一发光波长λ1的第一活性层100a层数过多时，电子未必能填满全部能阶位置，易造成电子分布不平均。当第一活性层100a层数太少时，提供电子占据的能阶位置则不足。
于本实施例中，第一活性层100a可发出610nm波长的光，第二活性层100b可发出600nm波长的光；且第一活性层100a与第二活性层100b总共为23层(n＝1)，每二层第一活性层100a间穿插d层的第二活性层100b(4≦d≦10)，即发光结构12由一层第一活性层100a/七层第二活性层100b/一层第一活性层100a/七层第二活性层100b/一层第一活性层100a/六层第二活性层100b依序交互堆迭而成。具有此发光结构12的发光元件1通过第一种特定制程步骤完成后，于25℃时测量其光通量为155.7流明，于100℃时测量其光通量为81.6流明；由公式(1)计算得到其第一温度系数(TemperatureCoefficient,TC1)为-0.65％/K。发光元件1通过第二种特定制程步骤完成后，于25℃时测量其光通量为1445流明，于100℃时测量其光通量为636流明；由公式(1)计算得到其第二温度系数(Temperature Coefficient,TC2)为-0.75％/K。且第一温度系数TC1与第二温度系数TC2二者差异值的绝对值为0.1％/K。其中第一种特定制程步骤及第二种特定制程步骤包含不同参数、制程条件的曝光、显影、蚀刻、蒸镀、研磨、切割等。由此实施例发现：利用二种不同发光波长的活性层交互堆迭而成的发光结构几乎不受制程步骤影响其温度系数，即电子可均匀分布在此发光元件的发光结构中。
如图2所示，为本发明所揭示的发光元件1磊晶结构200中发光结构12的示意图，其中发光结构12位于第一导电型半导体层11及第二导电型半导体层13之间。实施例2中，发光结构12由第一活性层100a与第二活性层100b交互堆迭而成，其中第一活性层100a为量子阱结构，可发出第一发光波长λ1；第二活性层100b为量子阱结构，可发出第二发光波长λ2，且λ1大于λ2。发光结构由一种III-V族半导体材料所组成，此III-V族半导体材料为磷化铝镓铟系列化合物、氮化铝镓铟系列化合物或二者化合物的组合。
于本实施例中，第一活性层100a可发出610nm波长的光，第二活性层100b可发出600nm波长的光；且第一活性层100a与第二活性层100b总共为23层(n＝1)，每二层第一活性层100a间穿插d层的第二活性层100b(4≦d≦10)，即发光结构12由一层第一活性层100a/十层第二活性层100b/一层第一活性层100a/十层第二活性层100b/一层第一活性层100a依序交互堆迭而成。具有此发光结构12的发光元件1通过第一种特定制程步骤完成后，于25℃时测量其光通量为139.1流明，于100℃时测量其光通量为72.4流明；由公式(1)计算得到其第一温度系数(Temperature Coefficient,TC1)为-0.66％/K。发光元件1通过第二种特定制程步骤完成后，于25℃时测量其光通量为1477.4流明，于100℃时测量其光通量为624.8流明；由公式(1)计算得到其第二温度系数(Temperature Coefficient,TC2)为-0.77％/K。且第一温度系数TC1与第二温度系数TC2二者差异值的绝对值为0.11％/K。其中第一种特定制程步骤及第二种特定制程步骤包含不同参数、制程条件的曝光、显影、蚀刻、蒸镀、研磨、切割等。由此实施例发现：利用二种不同发光波长的活性层交互堆迭而成的发光结构，即使其堆迭层数有所变化，其温度系数仍然几乎不受制程步骤影响，即电子可均匀分布在此发光元件的发光结构中。
如图3所示，为本发明所揭示的发光元件1磊晶结构300中发光结构12的示意图，其中发光结构12位于第一导电型半导体层11及第二导电型半导体层13之间。实施例3中，发光结构12由第一活性层100a与第二活性层100b交互堆迭而成，其中第一活性层100a为量子阱结构，可发出第一发光波长λ1；第二活性层100b为量子阱结构，可发出第二发光波长λ2，且λ1大于λ2。发光结构由一种III-V族半导体材料所组成，此III-V族半导体材料为磷化铝镓铟系列化合物、氮化铝镓铟系列化合物或二者化合物的组合。
于本实施例中，第一活性层100a可发出610nm波长的光，第二活性层100b可发出600nm波长的光；且第一活性层100a与第二活性层100b总共为23层(n＝1)，每二层第一活性层100a间穿插d层的第二活性层100b(4≦d≦10)，即发光结构12由一层第一活性层100a/五层第二活性层100b/一层第一活性层100a/五层第二活性层100b/一层第一活性层100a/五层第二活性层100b/一层第一活性层100a/四层第二活性层100b依序交互堆迭而成。具有此发光结构12的发光元件1通过第一种特定制程步骤完成后，于25℃时测量其光通量为134.1流明，于100℃时测量其光通量为67.3流明；由公式(1)计算得到其第一温度系数(Temperature Coefficient,TC1)为-0.68％/K。发光元件1通过第二种特定制程步骤完成后，于25℃时测量其光通量为1343.5流明，于100℃时测量其光通量为646.4流明；由公式(1)计算得到其第二温度系数(Temperature Coefficient,TC2)为-0.69％/K。且第一温度系数TC1与第二温度系数TC2二者差异值的绝对值为0.01％/K。其中第一种特定制程步骤及第二种特定制程步骤包含不同参数、制程条件的曝光、显影、蚀刻、蒸镀、研磨、切割等。由此实施例发现：利用二种不同发光波长的活性层交互堆迭而成的发光结构，即使其堆迭层数有所变化，其温度系数仍然几乎不受制程步骤影响，即电子可均匀分布在此发光元件的发光结构中。
参照图4，其显示本发明实施例的背光模组结构。其中背光模组装置400包含由上述实施例的发光元件1所构成的光源装置410；光学装置420置于光源装置410的出光路径上，将光做适当处理后出光；以及电源供应系统430，提供上述光源装置410所需的电源。
参照图5，其显示本发明实施例的照明装置结构。上述照明装置500可以是车灯、街灯、手电筒、路灯、指示灯等。其中照明装置500包含：光源装置510，系由本发明上述的实施例的发光元件1所构成；电源供应系统520，提供光源装置510所需的电源；以及控制元件530控制电源输入光源装置510。
本发明所列举的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 (9)
1.一种发光元件，包含：
基板；
第一导电型半导体层位于该基板之上；
发光结构位于该第一导电型半导体层之上，包含:
复数个第一活性层，每一该第一活性层包含量子阱结构且可发出第一发光波长的光；以及
复数个第二活性层，每一该第二活性层包含量子阱结构且可发出第二发光波长的光；以及
第二导电型半导体层位于该发光结构之上；其中一层该第一活性层与复数层的该第二活性层交互堆迭，且该第一发光波长大于该第二发光波长。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该基板的材料包括至少一材料选自于砷化镓、蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝、硅、及锗所组成的材料群组。
3.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光波长为610nm，该第二发光波长为600nm。
4.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光结构材料为磷化铝镓铟系列化合物、氮化铝镓铟系列化合物或二种化合物的组合。
5.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一活性层与该第二活性层层数总和为23n，且n为大于0的整数。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中每二层该第一活性层间穿插d层的第二活性层，且4n≦d≦10n，n为大于0的整数。
7.如权利要求6所述的发光元件，其中该发光元件于第一种特定制程步骤后具有第一温度系数TC1，于第二种特定制程步骤后具有第二温度系数TC2，该第一种特定制程步骤及该第二种特定制程步骤包含不同参数、制程条件的曝光、显影、蚀刻、蒸镀、研磨、切割，其中该第一温度系数TC1与该第二温度系数TC2二者差异值的绝对值小于0.12％/K。
8.一种背光模组装置，包含：
光源装置，由权利要求1～7所述的发光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。
9.一种照明装置，包含：
光源装置，由权利要求1～7所述的发光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。
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