CN102916088B - 具有多层发光叠层的发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光元件，该发光元件具有基板；第一发光叠层位于基板之上；隧穿层位于第一发光叠层之上；第二发光叠层位于隧穿层之上；以及接触层位于第二发光叠层之上。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光元件，特别是涉及一种具有多个发光层交互堆叠的发光元件。
背景技术
发光二极管(Light-emittingDiode；LED)是一种固态半导体元件，其至少包括p-n结面(p-njunction)，该p-n结面形成于p型与n型半导体层之间。当于p-n结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。该光产生的区域一般又称为发光区(light-emittingregion)。
LED的主要特征在于尺寸小、发光效率高、寿命长、反应快速、可靠度高和色度良好，目前已经广泛地使用在电器、汽车、招牌和交通标志上。随着全彩LED的问世，LED已开始逐渐取代传统的照明设备，如荧光灯和白热灯泡。
在LED的制造成本中，基板的价格在制造成本中占很大的比重，所以如何降低基板在LED中的使用量是值得关注的议题。
发明内容
发光元件具有基板；第一发光叠层位于基板之上；隧穿层位于第一发光叠层之上；第二发光叠层位于隧穿层之上；以及接触层位于第二发光叠层之上。第一发光叠层具有第一半导体层、第一发光层与第二半导体层自基板依序形成于基板与隧穿层之间；第二发光叠层具有第三半导体层、第二发光层与第四半导体层自隧穿层依序形成于接触层与隧穿层之间。
附图说明
图1为本发明所披露的一实施例。
图2为本发明所披露的又一实施例。
具体实施方式
本发明的实施例会被详细地描述，并且绘制于附图中，相同或类似的部分会以相同的号码在各附图以及说明出现。
实施例如图1所示，发光元件1具有基板10；第一发光叠层2位于基板10之上；隧穿层12位于第一发光叠层2之上；第二发光叠层3位于隧穿层12之上；以及接触层14位于第二发光叠层3之上。第一发光叠层2具有第一半导体层22、第一发光层24与第二半导体层26自基板10依序形成于基板10与隧穿层12之间；第二发光叠层3具有第三半导体层32、第二发光层34与第四半导体层36自隧穿层12依序形成于接触层14与隧穿层12之间。已知发光元件是一个基板上具有一个发光叠层，该实施例的发光元件1是一个基板10上具有两个发光叠层，优点之一是可以具有大约两个已知发光元件的发光效率；然而相较于两个已知发光元件需使用两个基板，该实施例的另一优点是仅使用一个基板，减少基板的使用量，降低制造成本。
基板10可用以生长及/或支持其上的发光叠层。其材料可为绝缘材料，例如为蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)或氮化铝(AlN)等。基板10的材料亦可为导电材料，包括铜(Cu)、铝(Al)、类钻碳薄膜(DiamondLikeCarbon；DLC)、碳化硅(SiC)、金属基复合材料(MetalMatrixComposite；MMC)、陶瓷基复合材料(CeramicMatrixComposite；CMC)、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)、硒化锌(ZnSe)、氧化锌(ZnO)、磷化铟(InP)、镓酸锂(LiGaO2)或铝酸锂(LiAlO2)。其中可用以生长发光叠层的材料例如为蓝宝石(Sapphire)、砷化镓(GaAs)或碳化硅(SiC)等。
第一发光叠层2及/或第二发光叠层3可直接于基板10生长形成，或是通过粘结层(未显示)固定于基板10之上。第一发光叠层2与第二发光叠层3的材料包括一种以上的元素选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组。第一半导体层22与第二半导体层26的电性相异；第三半导体层32与第四半导体层36的电性相异。第一发光层24与第二发光层34可产生光线，其中第一发光层24具有第一能隙，第二发光层34具有第二能隙。该实施例中，第一能隙与第二能隙相异，第一能隙与第二能隙的能隙差介于0.3eV与0.5eV之间，第一能隙可小于或大于第二能隙，例如第一能隙为1.45eV，第二能隙为1.9eV。又一实施例中，第一发光层24所产生的光是人眼无法辨识的不可见光，该实施例的不可见光波长约为小于400nm或大于780nm，优选为介于780nm与2500nm之间或介于300nm与400nm之间，更佳为介于780nm与900nm之间。第二发光层34所产生的光是人眼可辨识的可见光，该实施例的可见光波长约介于400nm与780nm之间，优选为介于560nm与750nm之间。另一实施例中，第一发光层24所产生的光具有第一主波长，第二发光层34所产生的光具有第二主波长，第一主波长与第二主波长的波长差约为150nm至220nm，第一主波长可大于或小于第二主波长。该实施例可应用于医疗领域，优点之一是一个发光元件可同时具有不同功能；例如第一主波长为815nm，可促进伤口愈合，第二主波长为633nm，有助于消除细纹。
另一实施例中，第一发光层24由第一量子阱与第二量子阱交互堆叠形成，其中第一量子阱具有第一量子阱能隙，第二量子阱具有第二量子阱能隙，第一量子阱能隙与第二量子阱能隙相异，第一量子阱能隙与第二量子阱能隙的能隙差约为0.06eV至0.1eV，第一量子阱能隙可小于或大于第二量子阱能隙。第二发光层34由第三量子阱与第四量子阱交互堆叠形成，其中第三量子阱具有第三量子阱能隙，第四量子阱具有第四量子阱能隙，第三量子阱能隙与第四量子阱能隙相异，第三量子阱能隙与第四量子阱能隙的能隙差约为0.06eV至0.1eV，第一量子阱能隙可小于或大于第二量子阱能隙。
隧穿层12生长于第一发光叠层2之上，其掺杂浓度大于8x1018/cm3，可让电子通过隧穿效应通过其中，其材料包括一种以上的元素选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组。另一实施例中，隧穿层12可置换为第一粘结层，用以接合第一发光叠层2与第二发光叠层3。第一粘结层的材料包括透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟锌(IZO)或氧化钽(Ta2O5)；或是绝缘材料，例如Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(AcrylicResin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚亚酰胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)或四乙氧基硅烷(TEOS)。接触层14用以传导电流，其材料包括GaP、AlxGa1-xAs(0≤x≤1)或AlaGabIn1-a-bP(0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1)。
实施例如图2所示，发光装置4具有载体40；第二粘结层42位于载体40之上；第一发光结构41与第二发光结构43位于第二粘结层42之上；电绝缘层44位于第二粘结层42、第一发光结构41与第二发光结构43之上；以及电连接结构46位于电绝缘层44之上，电连接第一发光结构41与第二发光结构43。第一发光结构41与第二发光结构43与上述第一实施例的发光元件1类似，具有第一发光叠层2；隧穿层12；第二发光叠层3；以及接触层14位于透明粘结层42之上。但第一发光结构41与第二发光结构43还分别具有第一电极16位于接触层14之上与第二电极18位于第一发光叠层2之上；电连接结构46可电连接第一发光结构41的第二电极18与第二发光结构43的第一电极16。
载体40可用以生长及/或支持其上的发光结构，其材料可为透明材料，例如为蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)、氧化锌(ZnO)或氮化铝(AlN)等。载体40的材料亦可为导热材料，包括铜(Cu)、铝(Al)、类钻碳薄膜(DiamondLikeCarbon；DLC)、碳化硅(SiC)、金属基复合材料(MetalMatrixComposite；MMC)、陶瓷基复合材料(CeramicMatrixComposite；CMC)、硅(Si)、磷化碘(IP)、硒化锌(ZnSe)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)、硒化锌(ZnSe)、磷化铟(InP)、镓酸锂(LiGaO2)或铝酸锂(LiAlO2)。其中可用以生长发光结构的材料例如为蓝宝石(Sapphire)、砷化镓(GaAs)或碳化硅(SiC)等。
第二粘结层42用以粘结发光结构与载体40，其材料可为透明粘结材料，例如Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(AcrylicResin)、环烯烃聚合物(COC)、聚亚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)或四乙基硅烷(TEOS)。第二粘结层42可同时为电绝缘材料以电绝缘第一发光结构41与第二发光结构43。另一实施例中，第二粘结层42可置换为用以生长发光结构的缓冲层，其材料包括AlxGa1-xAs(0≤x≤1)、AlaGabIn1-a-bP或AlaGabIn1-a-bN(0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1)。
电绝缘层44用以保护与电绝缘第一发光结构41与第二发光结构43，其材料可为绝缘材料，例如Su8、苯并环丁烯(BCB)、过氟环丁烷(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(AcrylicResin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚亚酰胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(FluorocarbonPolymer)、玻璃(Glass)、氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)或四乙基硅烷(TEOS)。电连接结构46用以电连接第一发光结构41与第二发光结构43，其材料为透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、砷化铝镓(AlGaAs)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟锌(IZO)或氧化钽(Ta2O5)，或金属材料，例如锗(Ge)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)或金合金(Aualloy)。
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 (9)
1.发光元件，包括：
第一发光层，具有第一能隙；以及
第二发光层，位于该第一发光层之上，具有第二能隙，其中该第一能隙与该第二能隙的能隙差介于0.3eV与0.5eV之间；
其中该第一发光层包括交互堆叠的具有第一量子阱能隙的第一量子阱和具有第二量子阱能隙的第二量子阱；
其中该第一发光层具有一第一主波长介于780nm与900nm之间，该第二发光层具有一第二主波长介于560nm与750nm之间。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一能隙小于该第二能隙。
3.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一量子阱能隙与该第二量子阱能隙的能隙差介于0.06eV与0.1eV之间。
4.如权利要求1所述的发光元件，其中该第二发光层包括第三量子阱与第四量子阱交互堆叠以形成该第二发光层。
5.如权利要求4所述的发光元件，其中该第三量子阱具有第三量子阱能隙，该第四量子阱具有第四量子阱能隙，该第三量子阱能隙与该第四量子阱能隙的能隙差介于0.06eV与0.1eV之间。
6.如权利要求1所述的发光元件还包括：
基板，位于该第一发光层之下；
第一半导体层，位于该基板与该第一发光层之间；
第二半导体层，位于该第一发光层与该第二发光层之间；
第三半导体层，位于该第二半导体层与该第二发光层之间；以及
第四半导体层，位于该第二发光层之上。
7.如权利要求6所述的发光元件，其中该基板的材料选自砷化镓、碳化硅与蓝宝石所构成的群组。
8.如权利要求6所述的发光元件，还包括：
隧穿层或粘结层，位于该第二半导体层与该第三半导体层之间。
9.权利要求1所述的发光元件，其中该第一发光层发出不可见光用以促进伤口愈合，该第二发光层发出可见光用以消除细纹。
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