本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件,尤其是涉及一種包含調(diào)整結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
背景技術(shù):
發(fā)光二極管被廣泛地用于固態(tài)照明光源。相較于傳統(tǒng)的白熾燈泡和熒光燈,發(fā)光二極管具有耗電量低以及壽命長等優(yōu)點(diǎn),因此發(fā)光二極管已逐漸取代傳統(tǒng)光源,并且應(yīng)用于各種領(lǐng)域,如交通號志、背光模塊、路燈照明、醫(yī)療設(shè)備等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件,其具有一正向電壓。發(fā)光元件包含:一發(fā)光結(jié)構(gòu),其包含一發(fā)射出第一光的活性層,第一光具有一第一峰值波長λnm;以及一調(diào)整結(jié)構(gòu),其與活性層堆疊且以串聯(lián)的方式電連接,用于調(diào)整發(fā)光元件的正向電壓,其中發(fā)光元件的正向電壓是介于(1240/0.8λ)伏特(v)和(1240/0.5λ)伏特之間。
本發(fā)明提供一種發(fā)光裝置,其包含:一第一發(fā)光元件,其可發(fā)出一第一輻射,第一輻射具有介于580納米(nm)和700納米之間的第一峰值波長,且第一發(fā)光元件具有一第一正向電壓;以及一第二發(fā)光元件,其可發(fā)出一第二輻射,第二輻射具有位于第一范圍內(nèi)或位于第二范圍內(nèi)的第二峰值波長,第一范圍介于400納米至480納米之間,第二范圍介于500納米至590納米之間,且第二發(fā)光元件具有一第二正向電壓;其中第一正向電壓與第二正向電壓的差異不大于0.5伏特。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光元件的剖視圖;
圖2為本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光元件的調(diào)整結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖3為第一活性層發(fā)出的第一光與第二活性層發(fā)光的第二光的相對強(qiáng)度的圖譜;
圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件的剖視圖;
圖5為本發(fā)明的第三實(shí)施例的發(fā)光元件的剖視圖;
圖6為本發(fā)明的第四實(shí)施例的發(fā)光元件內(nèi)的調(diào)整結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖7為本發(fā)明的第五實(shí)施例的發(fā)光元件內(nèi)的調(diào)整結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖8為本發(fā)明的第六實(shí)施例的發(fā)光元件的剖視圖;
圖9為本發(fā)明的第七實(shí)施例的發(fā)光元件的剖視圖;
圖10為本發(fā)明的第八實(shí)施例的發(fā)光元件的剖視圖;
圖11為本發(fā)明的第九實(shí)施例的發(fā)光裝置的俯視圖;
圖12為本發(fā)明的第十實(shí)施例的發(fā)光裝置的俯視圖;
圖13為本發(fā)明的第十一實(shí)施例的發(fā)光裝置的俯視圖;以及
圖14為本發(fā)明的第十二實(shí)施例的發(fā)光裝置沿著如圖13的a-a’線的剖視圖。
符號說明
1、2、3、4、5、6:發(fā)光元件
10:成長基板20、20a、20b、20c、20d:調(diào)整結(jié)構(gòu)
30:發(fā)光結(jié)構(gòu)50:第一電極
60:第二電極31:第一半導(dǎo)體層
31:第二半導(dǎo)體層33:第一活性層
21、21’、21”:二極管22:隧穿(穿隧、隧道)結(jié)構(gòu)
211:第三半導(dǎo)體層212:第四半導(dǎo)體層
213:第二活性層221:第一隧穿層
222:第二隧穿層80:緩沖層
70:反射層214:第一限制層
215:第二限制層23:中間層
24:擴(kuò)散阻擋層25:擴(kuò)散層
26:第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層27:pn接面
24:蕭特基二極管241:第五半導(dǎo)體層
100、100a、100c:發(fā)光裝置107:擋墻
101:第一發(fā)光元件102:第二發(fā)光元件
110:載體111、111a、111b:第一電極墊
112a、112b:第二電極墊104:第三發(fā)光元件
106:支撐結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例將伴隨著附圖說明本發(fā)明的概念,在附圖或說明中,相似或相同的部分使用相同的標(biāo)號,并且在附圖中,元件的形狀或厚度可擴(kuò)大或縮小。需特別注意的是,圖中未繪示或說明書未描述的元件,可以是熟悉此技術(shù)的人士所知的形式。
在本發(fā)明中,如果沒有特別的說明,通式algaas代表alxga(1-x)as,其中0≤x≤1;通式alinp代表alxin(1-x)p,其中0≤x≤1;通式algainp代表(alyga(1-y))1-xinxp,其中0≤x≤1,0≤y≤1;通式algan代表alxga(1-x)n,其中0≤x≤1;通式alassb代表alas(1-x)sbx,其中0≤x≤1;通式ingap代表inxga1-xp,其中0≤x≤1;通式ingaasp代表inxga1-xas1-ypy,其中0≤x≤1,0≤y≤1;通式ingaasn代表inxga1-xas1-yny,,其中0≤x≤1,0≤y≤1;通式algaasp代表alxga1-xas1-ypy,其中0≤x≤1,0≤y≤1;通式ingaas代表inxga1-xas,其中0≤x≤1;通式algan代表alxga1–xn,其中0≤x≤1;通式ingan代表inxga1–xn,其中0≤x≤1。調(diào)整元素的含量可以達(dá)到不同的目的,例如但不限于,匹配成長基板的晶格常數(shù)、調(diào)整能階或是調(diào)整主發(fā)光波長。
圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)光元件1的剖視圖。發(fā)光元件1包含一成長基板10、在成長基板10上的調(diào)整結(jié)構(gòu)20、在調(diào)整結(jié)構(gòu)20上的發(fā)光結(jié)構(gòu)30、在發(fā)光結(jié)構(gòu)30上的第一電極50以及在成長基板10的相反于發(fā)光結(jié)構(gòu)30的一側(cè)的第二電極60。在本實(shí)施例中,調(diào)整結(jié)構(gòu)20以及發(fā)光結(jié)構(gòu)30垂直地堆疊以及成長于同一成長基板10上。
發(fā)光元件1是元件形式且具有正向電壓。在本發(fā)明中,用語「元件」是指發(fā)光元件1直接從切割一晶片的步驟獲得,晶片包含成長基板10、調(diào)整結(jié)構(gòu)20、發(fā)光結(jié)構(gòu)30、第一電極50和第二電極60,且發(fā)光元件1沒有現(xiàn)有領(lǐng)域所具有的引線架。在本實(shí)施例中,成長基板10包含砷化鎵(gaas)。在一實(shí)施例中,成長基板10具有一相對于(100)面傾斜一角度的晶面,作為主要成長表面。優(yōu)選地,角度介于2度(含)和15度(含)之間。
發(fā)光結(jié)構(gòu)30包含在調(diào)整結(jié)構(gòu)20上的第一半導(dǎo)體層31、在第一半導(dǎo)體層31上的第二半導(dǎo)體層32以及位于第一半導(dǎo)體層31和第二半導(dǎo)體層31之間的第一活性層33。第一半導(dǎo)體層31和第二半導(dǎo)體層32具有不同的導(dǎo)電型態(tài)。在本實(shí)施例中,第一半導(dǎo)體層31為用于提供電子的n型,且第二半導(dǎo)體層32為用于提供空穴的p型。第一半導(dǎo)體層31的能階和第二半導(dǎo)體層32的能階皆高于第一活性層33的能階,用于限制電子或空穴的在第一活性層33內(nèi)。第一活性層33發(fā)射出具有第一峰值波長λ1的第一光。優(yōu)選地,第一光為可見的紅光,第一峰值波長λ1在580納米(nm)和700nm之間,且優(yōu)選地,在600nm和650nm之間。第一半導(dǎo)體層31和第二半導(dǎo)體層32包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如鋁砷化鎵(algaas),磷化銦鋁(alinp)或磷化鋁鎵銦(algainp)。
圖2為本發(fā)明的如圖1所示的第一實(shí)施例的發(fā)光元件1的調(diào)整結(jié)構(gòu)的剖視圖。調(diào)整結(jié)構(gòu)20的總厚度介于發(fā)光元件1的總厚度的0.3%(含)至3%(含)之間,且優(yōu)選地,介于0.3%(含)和1%(含)之間。調(diào)整結(jié)構(gòu)20包含二極管21和一隧穿結(jié)構(gòu)22。二極管21在成長基板10和隧穿結(jié)構(gòu)22之間。在本實(shí)施例中,二極管21包含一第三半導(dǎo)體層211、第四半導(dǎo)體層212以一位于第三半導(dǎo)體層211和第四半導(dǎo)體層212之間的第二活性層213。第三半導(dǎo)體層211和第四半導(dǎo)體層212具有不同的導(dǎo)電型態(tài)。在本實(shí)施例中,第三半導(dǎo)體層211可提供n型的電子,第四半導(dǎo)體層212可提供p型的空穴。第三半導(dǎo)體層211的能階和第四半導(dǎo)體層212的能階不小于第二活性層213的能階。第三半導(dǎo)體層211和第四半導(dǎo)體層212各自具有一厚度,其不小于100nm,且優(yōu)選地,介于100nm(含)和500nm(含)之間。第三半導(dǎo)體層211和第四半導(dǎo)體層212包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如algaas。
在本實(shí)施例中,第二活性層213發(fā)射出具有第二峰值波長λ2的第二光。第二光為遠(yuǎn)紅外光,第二峰值波長λ2在800納米(nm)和1900nm之間,且優(yōu)選地,在850nm和1500nm之間。由于調(diào)整結(jié)構(gòu)20中的二極管21發(fā)射出具有峰值波長在800nm和1900nm之間的第二光,所以第一光的顏色不會被不可見的第二光影響。優(yōu)選地,第一峰值波長λ1和第二峰值波長λ2之間的差異大于150nm,且不大于1300nm。圖3為第一活性層33發(fā)出的第一光與第二活性層發(fā)光的第二光的相對強(qiáng)度的圖譜。在一實(shí)施例中,在一約為5±0.5毫安培(ma)的電流下,第一活性層33發(fā)射的第一光的相對強(qiáng)度與第二活性層213在發(fā)射的第二光的相對強(qiáng)度的比大于10,且不大于1000,優(yōu)選地,介于50和350之間。在一實(shí)施例中,在一約為100±0.5ma的電流下,第一活性層33發(fā)射的第一光的相對強(qiáng)度與第二活性層213發(fā)射的第二光的相對強(qiáng)度的比大于5,且不大于100,優(yōu)選地,介于5和20之間。
調(diào)整結(jié)構(gòu)20與發(fā)光結(jié)構(gòu)30堆疊且以串聯(lián)的方式電連接,用于調(diào)整發(fā)光元件1的正向電壓。調(diào)整結(jié)構(gòu)20用于增加發(fā)光元件1的正向電壓至一預(yù)定值。與一不包含調(diào)整結(jié)構(gòu)20的發(fā)光元件相比,包含調(diào)整結(jié)構(gòu)20的發(fā)光元件,其正向電壓介于(1240/0.8λ1)伏特(v)和(1240/0.5λ1)v。具體地,正向電壓介于2.5v(含)和3.5v(含)之間,且優(yōu)選地,介于2.9v(含)和3.3v(含)之間。具體地,正向電壓是在大約為5±0.5ma的電流下量測或是在大約介于18安培每平方厘米(a/cm2)(含)至25a/cm2(含)之間的電流密度下量測。在比較例中,不包含調(diào)整結(jié)構(gòu)20的發(fā)光元件在約5±0.5ma的電流下或者在約介于18a/cm2和25a/cm2之間的電流密度下具有小于2.2v的正向電壓。
在一實(shí)施例中,第一活性層33和第二活性層213的結(jié)構(gòu)可以是單異質(zhì)結(jié)構(gòu)(singleheterostructure;sh)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(doubleheterostructure;dh)、雙側(cè)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(double-sidedoubleheterostructure;ddh)、或多層量子阱(multi-quantumwell;mqw)。具體地,第一活性層33和第二活性層213皆包含交替的阱層和阻障層。第一活性層33中的阻障層的能階高于第一活性層33中的阱層的能階。第二活性層213中的阻障層的能階高于第二活性層213中的阱層的能階。第一活性層33中的阻障層的能階低于第一半導(dǎo)體層31的能階和第二半導(dǎo)體層32的能階。第二活性層213中的阻障層的能階不大于第三半導(dǎo)體層211的能階以及不大于第四半導(dǎo)體層212的能階。第一活性層33發(fā)射出的第一光的第一峰值波長和第二活性層213發(fā)射出的第二光的第二峰值波長可以通過調(diào)整阱層的厚度和材料來改變。優(yōu)選地,第一活性層33中的阱層的材料包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如磷化鋁鎵銦(algainp)。第一活性層33中的阻障層的材料包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如磷化鋁鎵銦(algainp)。優(yōu)選地,第二活性層213中的阱層的材料包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如砷化銦鎵(ingaas)。第二活性層213中的阻障層的材料包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如磷砷化鎵鋁(algaasp)或砷化鋁鎵(algaas)。第一活性層33中的阱層和阻障層的對數(shù)大于第二活性層213中的阱層和阻障層的對數(shù),其中一阱層和一阻障層被視為一對。優(yōu)選地,第一活性層33的對數(shù)大于10。第二活性層213的對數(shù)小于10。優(yōu)選地,第一活性層33的對數(shù)與第二活性層213的對數(shù)的比不小于3,且優(yōu)選地,介于5至20之間,用于使發(fā)光元件1獲得更好的外延品質(zhì)。
隧穿結(jié)構(gòu)22包含一第一隧穿層221以及一第二隧穿層222,第一隧穿層221以及一第二隧穿層222垂直交疊于二極管21和發(fā)光結(jié)構(gòu)30之間。第一隧穿層221和第二隧穿層222具有不同的導(dǎo)電型態(tài)。在本實(shí)施例中,第一隧穿層221是p型半導(dǎo)體,第二隧穿層222是n型半導(dǎo)體。第二隧穿層222包含摻雜物,其中n型摻雜物是碲(te)或硅(si),p型摻雜物是碳(c)或鎂(mg)。例如,當(dāng)n型摻雜物為te,p型摻雜物為c。第一隧穿層221與第二隧穿層222的摻雜物具有摻雜濃度,摻雜濃度例如高于1×1018cm-3,且優(yōu)選地,不小于5×1018cm-3,更佳地,介于5×1018cm-3(含)和1×1022cm-3(含)之間。隧穿結(jié)構(gòu)22將進(jìn)入的電子轉(zhuǎn)換成空穴或?qū)⑦M(jìn)入的空穴轉(zhuǎn)換成電子。二極管21通過隧穿結(jié)構(gòu)22與發(fā)光結(jié)構(gòu)30以串聯(lián)的方式形成電連接。即,發(fā)光結(jié)構(gòu)30和二極管21形成pn-pn或np-np結(jié)構(gòu)。第一隧穿層221和第二隧穿層222包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如磷化銦鎵(ingap)或砷化鋁鎵(algaas)。優(yōu)選地,第一隧穿層221的能階和第二隧穿層222的能階大于第二活性層213的能階。第二隧穿層222的厚度不小于5nm,且優(yōu)選地,不大于100nm。在一實(shí)施例中,第一隧穿層221的厚度大于第二隧穿層222的厚度,優(yōu)選地,不小于10nm,更佳地,不大于500nm。第一隧穿層221的厚度和第二隧穿層222的厚度之間的差異大于100nm,優(yōu)選地,介于150nm(含)和500nm(含)之間。在另一實(shí)施例中,第一隧穿層221的厚度不小于5nm,優(yōu)選地,不大于100nm。
在一實(shí)施例中,調(diào)整結(jié)構(gòu)20還包含一位于二極管21和第一隧穿層221之間的基層(圖未示)?;鶎泳哂幸粨诫s濃度,其小于第一隧穿層221的摻雜濃度。優(yōu)選地,基層具有大于200nm的厚度,優(yōu)選地,介于200nm和500nm之間?;鶎佑糜诟纳齐S后成長于其上的第一隧穿層221的外延品質(zhì),因此,可以防止發(fā)光元件的正向電壓超過或小于一預(yù)定值。
當(dāng)本發(fā)明所公開的發(fā)光元件1發(fā)出第一峰值波長λ1介于580nm和700nm之間的可見紅光時,通過包含調(diào)整結(jié)構(gòu)20,可以直接與另一個藍(lán)色發(fā)光二極管和/或綠色發(fā)光二極管整合,避免現(xiàn)有以紅色發(fā)光二極管與綠色或藍(lán)色發(fā)光二極管整合時,因正向電壓之間的差異造成不穩(wěn)定。此外,當(dāng)發(fā)光元件1具有預(yù)定的正向電壓,由于調(diào)整結(jié)構(gòu)20的總厚度介于發(fā)光元件1的總厚度的0.3%(含)至3%(含)之間,發(fā)光元件1的體積可較為精巧。
圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件2的剖視圖。本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件2包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例相同,不同之處在于,發(fā)光元件2還包含一位于調(diào)整結(jié)構(gòu)20和發(fā)光結(jié)構(gòu)30之間的緩沖層80。緩沖層80包含一材料,其實(shí)質(zhì)上與隧穿結(jié)構(gòu)22的材料晶格匹配。緩沖層80用于改善發(fā)光結(jié)構(gòu)30的外延品質(zhì)。優(yōu)選地,緩沖層80包含algaas,并且具有不小于50埃
圖5為本發(fā)明的第三實(shí)施例的發(fā)光元件3的剖視圖。本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光元件3包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第二實(shí)施例相同,不同之處在于,發(fā)光元件3還包含一位于緩沖層80和發(fā)光結(jié)構(gòu)30之間的反射層70,優(yōu)選地,反射層70包含分布式布拉格反射鏡(distributedbraggreflector)。在本實(shí)施例中,分布式布拉格反射鏡為n型半導(dǎo)體,其與第一半導(dǎo)體層31的導(dǎo)電型態(tài)相同。具體地,分布式布拉格反射鏡具有不小于1×1017/cm3的摻雜濃度,優(yōu)選地,摻雜濃度介于1×1017/cm3(含)和1×1018/cm3(含)之間。分布式布拉格反射鏡包含多個交替的第一半導(dǎo)體子層和第二半導(dǎo)體子層。多個第一半導(dǎo)體子層各自具有實(shí)質(zhì)上彼此相同的厚度,并且厚度實(shí)質(zhì)上等于aλ/4n1,其中n1是第一半導(dǎo)體子層的折射率,a是正奇數(shù)。第二半導(dǎo)體子層各自具有實(shí)質(zhì)上彼此相同的厚度,并且厚度實(shí)質(zhì)上等于bλ/4n2,其中n2是第二半導(dǎo)體子層的折射率,并且b是正奇數(shù)。第一半導(dǎo)體子層的折射率和厚度與第二半導(dǎo)體子層的折射率和厚度不同。分布式布拉格反射鏡的材料包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如alxga(1-x)as/alyga(1-y)as(其中x不同于y)或alaga(1-a))1-xinxp/albga(1-a))1-xinxp(其中a不同于b),調(diào)整元素的含量可以改變反射的波長范圍。優(yōu)選地,分布式布拉格反射鏡對第一峰值波長λ1的反射率高于對第二峰值波長λ2的反射率。也就是說,相較于第二光,分布式布拉格反射鏡反射比較多的第一光。因此,大部分的第一光被反射至發(fā)光元件3的前側(cè),也是第一電極50所在的位置。具體地,分布式布拉格反射鏡對第一峰值波長λ1的反射率與對第二峰值波長λ2的反射率之間的差異大于70%,優(yōu)選地,大于80%,又更佳地,大于85%。
圖6為本發(fā)明的第四實(shí)施例的發(fā)光元件內(nèi)的調(diào)整結(jié)構(gòu)20的剖視圖。本發(fā)明的第四實(shí)施例的發(fā)光元件包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例相同,不同之處在于,發(fā)光元件中的二極管21'還包含一位于第三半導(dǎo)體層211以及第二活性層213之間的第一限制層214,其用于防止第三半導(dǎo)體層211中的摻雜物擴(kuò)散到第二活性層213中。第一限制層214具有一能階,其大于第二活性層中的阱層的能階,且不大于第三半導(dǎo)體層211的能階。第一限制層214具有一厚度,其介于第二活性層213中其中一阻障層的厚度和第三半導(dǎo)體層211的厚度之間。優(yōu)選地,第一限制層214是未摻雜的。在一實(shí)施例中,二極管21'還包含一位于第四半導(dǎo)體層212和第二活性層213之間的第二限制層215,用于防止第四半導(dǎo)體層212中的摻雜物擴(kuò)散到第二活性層213中。第二限制層215具有一能階,其大于第二活性層213中阱層的能階,且不大于第四半導(dǎo)體層212的能階。第二限制層215具有一厚度,其介于第二活性層213中其中一阻障層的厚度和第四半導(dǎo)體層212的厚度之間。第一限制層214和第二限制層215各自具有一介于50nm(含)和150nm(含)之間的厚度。第一限制層214和第二限制層215包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如algaas。優(yōu)選地,第一限制層214和第二限制層215是未摻雜的。
圖7為本發(fā)明的第五實(shí)施例的發(fā)光元件內(nèi)的調(diào)整結(jié)構(gòu)20a的剖視圖。本發(fā)明的第五實(shí)施例的發(fā)光元件包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第四實(shí)施例相同,不同之處在于,調(diào)整結(jié)構(gòu)20a還包含一位于二極管21'和隧穿結(jié)構(gòu)22之間的中間層23。中間層23具有一能階,其介于第四半導(dǎo)體層212的能階和隧穿結(jié)構(gòu)22的能階之間,用于控制發(fā)光元件的正向電壓,以防止發(fā)光元件的正向電壓超過或小于預(yù)定值。中間層23的厚度不小于10nm,優(yōu)選地,介于10nm和100nm之間。中間層23包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如algainp。優(yōu)選地,中間層23為p型半導(dǎo)體,其具有一摻雜濃度,中間層23的摻雜濃度小于第四半導(dǎo)體層212的摻雜濃度,用于降低中間層23中的摻雜物的擴(kuò)散長度,用于改善發(fā)光元件的品質(zhì)。在一實(shí)施例中,中間層23的組成從連接至第四半導(dǎo)體層212的一側(cè)到連接至隧穿結(jié)構(gòu)22的一側(cè)逐漸改變。具體地,中間層23包含一元素,其具有一組成比例,組成比例自靠近第四半導(dǎo)體層212的一側(cè)至靠近隧穿結(jié)構(gòu)22的一側(cè)逐漸改變。在本實(shí)施例中,中間層23包含al元素,其從靠近第四半導(dǎo)體層212的一側(cè)到靠近隧穿結(jié)構(gòu)22的一側(cè)逐漸變化,用于使其能階自靠近第四半導(dǎo)體層212的一側(cè)至靠近隧穿結(jié)構(gòu)22的一側(cè)逐漸增加。在一實(shí)施例中,調(diào)整結(jié)構(gòu)20a還包含一位于中間層23和隧穿結(jié)構(gòu)22之間的擴(kuò)散阻擋層24,用于防止中間層23中的摻雜物擴(kuò)散到隧穿結(jié)構(gòu)22中,因此,可以提高隧穿結(jié)構(gòu)22的品質(zhì),進(jìn)而防止發(fā)光元件的正向電壓超過或小于預(yù)定值。擴(kuò)散阻擋層24包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如algaas。優(yōu)選地,擴(kuò)散阻擋層24是未摻雜的,擴(kuò)散阻擋層24的厚度不小于中間層23的厚度。具體地,擴(kuò)散阻擋層24的厚度不小于10nm,優(yōu)選地,介于20nm(含)和200nm(含)之間。
圖8為本發(fā)明的第六實(shí)施例的發(fā)光元件4的剖視圖。本發(fā)明的第六實(shí)施例的發(fā)光元件4包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例相同,不同之處在于,調(diào)整結(jié)構(gòu)20b的二極管21”包含一擴(kuò)散層25、一位于成長基板10和擴(kuò)散層25之間的第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層26以及一位于第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層26和成長基板10之間的pn接面27。成長基板10的導(dǎo)電型態(tài)不同于第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層26的導(dǎo)電型態(tài),用于在成長基板10以及第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層26之間形成pn接面27。在一實(shí)施例中,成長基板10包含iv族半導(dǎo)體材料,例如硅(si)或鍺(ge)。擴(kuò)散層25包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如gaas或ingap。擴(kuò)散層25用于提供五族元素,五族元素可以在外延成長的過程中,擴(kuò)散至成長基板1以形成導(dǎo)電型態(tài)不同于成長基板10的第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層26,其中外延成長的過程優(yōu)選地是在400℃和700℃之間的溫度下操作。在本實(shí)施例中,成長基板10是p型半導(dǎo)體,第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層26是n型半導(dǎo)體。擴(kuò)散層25具有大于5nm的厚度,優(yōu)選地,介于10nm至150nm之間。第一導(dǎo)電型態(tài)半導(dǎo)體層26具有介于300nm和2500nm之間的厚度。
圖9為本發(fā)明的第七實(shí)施例的發(fā)光元件5的剖視圖。本發(fā)明的第七實(shí)施例的發(fā)光元件5包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例相同,不同之處在于,調(diào)整結(jié)構(gòu)20c包含一分布式布拉格反射鏡,其導(dǎo)電型態(tài)與第一半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型態(tài)相同,并且具有小于3×1017/cm3的摻雜濃度,優(yōu)選地,摻雜濃度介于5×1015/cm3和5×1016/cm3之間。具體地,調(diào)整結(jié)構(gòu)20c中的分布式布拉格反射鏡具有介于20歐姆(ω)和1000ω之間的電阻。分布式布拉格反射鏡包含交替的第一半導(dǎo)體子層和第二半導(dǎo)體子層。第一半導(dǎo)體子層各自具有實(shí)質(zhì)上彼此相同的厚度,并且厚度實(shí)質(zhì)上等于aλ/4n1,其中n1是第一半導(dǎo)體子層的折射率,a是正奇數(shù)。第二半導(dǎo)體子層各自具有實(shí)質(zhì)上彼此相同的厚度,并且厚度實(shí)質(zhì)上等于bλ/4n2,其中n2是第二半導(dǎo)體子層的折射率,并且b是正奇數(shù)。第一半導(dǎo)體子層的折射率和厚度與第二半導(dǎo)體子層的折射率和厚度不同。分布式布拉格反射鏡的材料包含iii-v族半導(dǎo)體材料,例如alxga(1-x)as/alyga(1-y)as(其中x不同于y)或alaga(1-a))1-xinxp/albga(1-a))1-xinxp(其中a不同于b),調(diào)整元素的含量可以改變反射的波長范圍。優(yōu)選地,分布式布拉格反射鏡對于第一峰值波長λ1具有高于90%的反射率,優(yōu)選地,反射率高于95%。
圖10為本發(fā)明的第八實(shí)施例的發(fā)光元件6的剖視圖。本發(fā)明的第八實(shí)施例的發(fā)光元件6包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與第一實(shí)施例相同,不同之處在于,發(fā)光元件6包含一如圖5所示的反射鏡70以及位于發(fā)光結(jié)構(gòu)30上的調(diào)整結(jié)構(gòu)20d。調(diào)整結(jié)構(gòu)20d包含如本發(fā)明的實(shí)施例中所描述的隧穿結(jié)構(gòu)22和一蕭特基二極管24。蕭特基二極管24包含一第五半導(dǎo)體層241和第一電極50a。第五半導(dǎo)體層241的厚度小于第二半導(dǎo)體層32的厚度,且具有一摻雜濃度,其小于第二半導(dǎo)體層32的摻雜濃度。優(yōu)選地,第五半導(dǎo)體層241具有不小于30nm的厚度,優(yōu)選地,介于40nm和500nm之間。第五半導(dǎo)體層241具有不大于1×1017cm-3的摻雜濃度,優(yōu)選地,介于5×1012cm-3和5×1016cm-3之間。因此,在第五半導(dǎo)體層241和第一電極50a之間會形成一蕭特基接面。
圖11為本發(fā)明的第九實(shí)施例的發(fā)光裝置100的俯視圖。發(fā)光裝置100包含第一發(fā)光元件101和與第一發(fā)光元件101電連接的第二發(fā)光元件102。第一發(fā)光元件101包含任何一個本發(fā)明所揭示的發(fā)光元件,其中發(fā)光元件可以發(fā)出具有一第一峰值波長λ1的第一輻射,第一峰值波長λ1介于580nm至700nm之間,且第一發(fā)光元件101具有第一正向電壓。第二發(fā)光元件102可以發(fā)出具有一第二峰值波長λ1的第二輻射,第二峰值波長λ2介于400nm至480nm之間或介于500nm至590nm之間,且第二發(fā)光元件101具有第二正向電壓。第一正向電壓和第二正向電壓之間的差值不大于0.5v。在本實(shí)施例中,第一正向電壓介于3伏特(v)和3.3v之間,且第二正向電壓介于3v和3.3v之間。第二發(fā)光元件102包含本領(lǐng)域所知的結(jié)構(gòu),以發(fā)射出具有第二峰值波長例如介于400nm至480nm之間或介于500nm至590nm之間的第二輻射,且第二峰值波長不同于第一峰值波長。在本實(shí)施例中,第一發(fā)光元件101和第二發(fā)光元件102可以在一共同的載體110上,共同的載體110包含具有第一極性的第一電極墊111和具有第二極性的多個分離的第二電極墊112a、112b,第二極性不同于第一極性。第一發(fā)光元件101和第二發(fā)光元件102可以共同地位于第一電極墊111上,以電連接到第一發(fā)光元件101的第二電極以及電連接到第二發(fā)光元件102的其中一電極,第一發(fā)光元件101的第一電極50和第二發(fā)光元件102的另一電極103分別引線接合到第二電極墊112a、112b。第一發(fā)光元件101和第二發(fā)光元件102可以獨(dú)立地操作。例如,通過控制第一電極墊111和第二電極墊112a來操作第一發(fā)光元件101。在本實(shí)施例中,由于第一發(fā)光元件101包含本發(fā)明的發(fā)光元件,發(fā)光元件包含本發(fā)明的調(diào)整結(jié)構(gòu),故,在大約為5±0.5ma的電流下或者在大約為18a/cm2和25a/cm2之間的電流密度下,第一發(fā)光元件101的第一正向電壓與第二發(fā)光元件102的第二正向電壓之間的差異不大于0.5v。因此,可以降低因?yàn)榈谝话l(fā)光元件101的正向電壓與第二發(fā)光元件的正向電壓之間的差異引起的不穩(wěn)定性。
圖12為本發(fā)明的第十實(shí)施例的發(fā)光裝置100a的俯視圖。本發(fā)明的第二實(shí)施例的發(fā)光裝置100a包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與如圖11所示的第一實(shí)施例的發(fā)光裝置相同,不同之處在于,載體110包含多個分離的第一電極墊111a、111b,用以分別電連接第一發(fā)光元件101的第二電極以及電連接第二發(fā)光元件102的其中一電極。第一發(fā)光元件101和第二發(fā)光元件102可以獨(dú)立地操作。例如,通過控制第一電極墊111a和第二電極墊112a來操作第一發(fā)光元件101。
圖13為本發(fā)明的第十一實(shí)施例的發(fā)光裝置100c的俯視圖。本發(fā)明的第三實(shí)施例的發(fā)光裝置100c包含的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上與如圖11所示的第九實(shí)施例的發(fā)光裝置相同,不同之處在于,發(fā)光裝置100c還包含一第三發(fā)光元件104,其可發(fā)射出一第三輻射,第三輻射具有一第三峰值波長,第三峰值波長位于400nm和480nm之間的第一范圍中或位于500nm和500nm之間的第二范圍中。第三發(fā)光元件104具有第三正向電壓。在本實(shí)施例中,第三峰值波長和第二峰值波長分別在第一范圍和第二范圍內(nèi),且在大約為5±0.5ma的電流下或者在大約為18a/cm2和25a/cm2之間的電流密度下,第一正向電壓和第三正向電壓之間的差異不大于0.5v。第一發(fā)光元件101、第二發(fā)光元件102和第三發(fā)光元件104可以獨(dú)立地操作。例如,通過控制第一電極墊111和第二電極墊112a操作第一發(fā)光元件101。第一發(fā)光元件的第一輻射、第二發(fā)光元件的第二輻射和第三發(fā)光元件的第三輻射可以混合在一起,以發(fā)射出色溫大于10000k的白光。優(yōu)選地,白光在cie1931色度坐標(biāo)圖上具有色度坐標(biāo)(x,y),其中0.27≤x≤0.285,0.23≤y≤0.26。
圖14為本發(fā)明的第十一實(shí)施例的發(fā)光裝置沿著如圖13的a-a’線的剖視圖。發(fā)光裝置100c可以進(jìn)一步被一支撐結(jié)構(gòu)106封裝。支撐結(jié)構(gòu)106可以是透明結(jié)構(gòu),其主要地由有機(jī)材料和/或無機(jī)材料中的一種或多種構(gòu)成。有機(jī)材料可以是環(huán)氧樹脂,聚酰亞胺(polyimide,pi)、苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene,bcb)、全氟環(huán)丁烷(perfluorocyclobutane,pfcb)、su8、丙烯酸樹脂(acrylicresin)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,pmma)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate,pet)、聚碳酸酯(polycarbonate,pc)、聚醚酰亞胺(polyetherimide)或氟碳聚合物(fluorocarbonpolymer)。無機(jī)材料可以是玻璃、氧化鋁(al2o3)、硅氧烷聚合物(sinr,siloxanepolymer)或旋轉(zhuǎn)涂布式玻璃材料(spin-on-glass,sog)。封裝的發(fā)光裝置100c可以是顯示器的一個像素,且優(yōu)選地,顯示器為戶外led顯示器。或者,幾個封裝的發(fā)光裝置100c可以進(jìn)一步地安裝在一基座上,并且互相連接形成led顯示模塊(圖未示)的一個像素。在一實(shí)施例中,如圖13和圖14所示,封裝的發(fā)光裝置100c還包含一圍繞第一發(fā)光元件101、第二發(fā)光元件102和第三發(fā)光元件104的擋墻107。擋墻107可吸收或反射光,并且包含非透明材料,例如其上具有黑色或白色涂層的塑膠或與黑色或白色涂層混合的塑膠以形成一整體結(jié)構(gòu)。塑膠包含硅樹脂(silicone)、環(huán)氧樹脂(epoxy)、聚酰亞胺(polyimide,pi)、苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene,bcb)、全氟環(huán)丁烷(perfluorocyclobutane,pfcb)、su8、丙烯酸樹脂(acrylicresin)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,pmma)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate,pet)、聚碳酸酯(polycarbonate,pc)、聚醚酰亞胺(polyetherimide)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,pdms)。擋墻107可以用于降低相鄰的封裝發(fā)光裝置100c之間形成串?dāng)_的可能性。
在一實(shí)施例中,通過任何合適的方法移除部分的發(fā)光結(jié)構(gòu)30以暴露第一半導(dǎo)體層31,并且在暴露的第一半導(dǎo)體層31上形成第二電極60。因此,第一電極50/50a和第二電極60在成長基板110的同一側(cè)上。在一實(shí)施例中,第一電極50/50a的與發(fā)光結(jié)構(gòu)30相對的外表面,其實(shí)質(zhì)上與第二電極60的與發(fā)光結(jié)構(gòu)30相對的外表面共平面。故,發(fā)光元件能夠通過倒裝接合的方式接合到包括電路的另一載體。
在一實(shí)施例中,成長基板10可以通過任何的方式被移除,且發(fā)光元件可通過粘接方式與一永久基板連接。在一實(shí)施例中,本發(fā)明的發(fā)光元件還包含一介于永久基板以及發(fā)光結(jié)構(gòu)30之間的導(dǎo)電粘接結(jié)構(gòu),用于機(jī)械地粘接永久基板與發(fā)光結(jié)構(gòu)30。導(dǎo)電粘接結(jié)構(gòu)包含透明導(dǎo)電材料或金屬材料。透明導(dǎo)電材料包含透明導(dǎo)電氧化物,透明導(dǎo)電氧化物包含氧化銦錫(ito)、氧化銦(ino)、氧化錫(sno)、氧化鎘錫(cto)、氧化銻錫(ato)、氧化鋁鋅(azo)、氧化鋅錫(zto)、氧化鎵鋅(gzo)、氧化銦鎢(iwo)、氧化鋅(zno)或氧化銦鋅(izo)。金屬材料包含銦、錫、金、鈦、鎳、鉑、鎢或其等的合金。
第一電極50、50a和第二電極60用于與一外接電源連接且傳導(dǎo)在兩者之間的電流。在一實(shí)施例中,第一電極50、50a以及第二電極60的材料包含透明導(dǎo)電材料或是金屬材料。透明導(dǎo)電材料包含透明導(dǎo)電氧化物,金屬材料包含金(au)、鉑(pt)、鍺金鎳(geauni)、鈦(ti)、鈹金(beau)、鍺金(geau)、鋁(al)、鋅金(znau)或鎳。
在一實(shí)施例中,第一電極50、50a和第二電極60分別位于永久基板的相反兩側(cè),導(dǎo)電的永久基板用于傳導(dǎo)第一電極50、50a和第二電極60之間的電流。永久基板包含導(dǎo)電材料,其包含硅(si)、銅(cu)、鋁(al)、鉬(mo)、錫(sn)、鋅(zn)、鎳(ni)、鈷(co)、類鉆碳(dlc)、石墨、碳纖維、金屬基復(fù)合材料(metalmatrixcomposite,mmc)或陶瓷基復(fù)合材料(ceramicmatrixcomposite,mmc)。優(yōu)選地,永久基板包含硅(si)。在一實(shí)施例中,當(dāng)?shù)谝浑姌O50、50a和第二電極60位于永久基板的同一側(cè)時,永久基板可以不導(dǎo)電,其材料可以包含例如藍(lán)寶石或玻璃。永久基板具有一足夠的厚度,用于支撐在其上的層或是結(jié)構(gòu)。例如,大于100微米,且優(yōu)選地,小于200微米。
在一實(shí)施例中,本發(fā)明所揭示的任一發(fā)光元件還包含一介于第二半導(dǎo)體層32和第一電極50/50a之間的接觸層,第一電極50/50a通過接觸層與發(fā)光結(jié)構(gòu)30電連接,接觸層是第一層直接接觸第一電極50/50a的半導(dǎo)體層,其用于降低接觸層和第一電極50/50a之間的電阻。接觸層具有例如高于1018/cm3的摻雜濃度,且優(yōu)選地,介于5×1018/cm3至5×1020/cm3之間(兩者皆含)。接觸層24的材料包含一三五族半導(dǎo)體材料,例如砷化鎵(gaas)、鋁砷化鎵(algaas)、磷化銦鎵(ingap)、磷化鎵(gap)或磷化鋁鎵銦(algainp)。
在一實(shí)施例中,本發(fā)明所揭示的任一發(fā)光元件還包含一第六半導(dǎo)體層(圖未示),第六半導(dǎo)體層位于第一電極50、50a和發(fā)光結(jié)構(gòu)30之間或是位于接觸層和發(fā)光結(jié)構(gòu)30之間,用于增進(jìn)光取出和/或增進(jìn)電流散布使電流擴(kuò)及發(fā)光結(jié)構(gòu)30。第六半導(dǎo)體層具有一大于2000nm的厚度,且優(yōu)選地,介于2500nm至7000nm之間。在一實(shí)施例中,第六半導(dǎo)體層具有一小于500nm的厚度,且優(yōu)選地,介于100nm至300nm之間。在一實(shí)施例中,第六半導(dǎo)體層具有一能階,其大于第一活性層33的能階。在一實(shí)施例中,第一光實(shí)質(zhì)上可穿透第六半導(dǎo)體層。在一實(shí)施例中,第六半導(dǎo)體層具有一高于1×1017/cm3的摻雜濃度。在一實(shí)施例中,第六半導(dǎo)體層包含一相對于成長基板10且面對第一電極50/50a的表面,在一實(shí)施例中,部分未被第一電極50/50a覆蓋的表面可被粗化。優(yōu)選地,粗糙度介于0.1微米至3微米之間,且更佳地,介于0.3微米至2微米之間。第六半導(dǎo)體層包含三五族半導(dǎo)體材料,例如鋁砷化鎵(algaas)或磷化鋁鎵銦(algainp)。
外延的方法包含,但不限于,金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(metal-organicchemicalvapordeposition,mocvd)、氫化物氣相外延法(hydridevaporphaseepitaxy,hvpe)、分子束外延(molecularbeamepitaxy,mbe)或液相外延法(liquid-phaseepitaxy,lpe)。
需注意的是,本發(fā)明所列舉的各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明,并非用以限制本發(fā)明的范圍。任何人對本發(fā)明所作顯而易見的修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。不同實(shí)施例中相同或相似的構(gòu)件,或者不同實(shí)施例中具相同標(biāo)號的構(gòu)件皆具有相同的物理或化學(xué)特性。此外,本發(fā)明中上述的實(shí)施例在適當(dāng)?shù)那闆r下,是可互相組合或替換,而非僅限于所描述的特定實(shí)施例。在一實(shí)施例中詳細(xì)描述的特定構(gòu)件與其他構(gòu)件的連接關(guān)系亦可以應(yīng)用于其他實(shí)施例中,且均落于附上的本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍中。