專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于ー種發(fā)光元件，特別是關(guān)于ー種具有第一活性層與第二活性層交互堆迭的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來，由于磊晶與制程技術(shù)的進歩，使發(fā)光二極管(light emitting diode，簡稱LED)成為極具潛力的固態(tài)照明光源之一。由于物理機制的限制，LED僅能以直流電驅(qū)動， 因此，任何以LED作為光源的照明設(shè)計中，都需要搭配整流及降壓等電子元件，以將電力公司直接提供的交流電轉(zhuǎn)換為LED可使用的直流電源。然而增加整流及降壓等電子元件，除造成照明成本的増加外，整流及降壓等電子元件的低交流直流轉(zhuǎn)換效率、偏大的體積等均會影響LED使用于日常照明應(yīng)用時的可靠度與使用壽命。交流發(fā)光二極管(ACLED)元件不需外加整流與降壓等電子元件便可直接于交流電源下操作，未來極有潛カ成為定點固態(tài)照明的主要產(chǎn)品。LED發(fā)光強度會隨溫度升高而亮度下降，此現(xiàn)象通常是電子漏電所造成。一般為了減少電子漏電的問題，通常會増加P-型(p-type)局限層的載子濃度，或成長能隙較高材料以提高局限電子的能力。但大部份情況下，P-型局限層的載子濃度提高程度有限；且當 P-型局限層的載子濃度提高吋，由于半導(dǎo)體材料的擴散效應(yīng)會使高濃度的P型載子向濃度較低的活性層擴散，影響發(fā)光品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出ー種發(fā)光元件，包含基板；以及發(fā)光結(jié)構(gòu)形成于基板之上。此發(fā)光結(jié)構(gòu)包含具有第一發(fā)光波的第一活性層，且為量子井結(jié)構(gòu)；及具有第二發(fā)光波長的第二活性層，且為量子井結(jié)構(gòu)；其中第一活性層與第二活性層交互堆迭以形成此發(fā)光結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出ー種發(fā)光元件，此發(fā)光元件具有ー種發(fā)光結(jié)構(gòu)，此發(fā)光結(jié)構(gòu)經(jīng)過任意不同制程步驟后所量測的溫度系數(shù)TC變異不大。本發(fā)明提出ー種發(fā)光元件，此發(fā)光元件經(jīng)第一種特定制程步驟后具有第一溫度系數(shù)TC1 ；此發(fā)光元件經(jīng)第二種特定制程步驟后具有第二溫度系數(shù)TC2,且二者差異值的絕對值小于0. 12% /K。


圖1為本發(fā)明所掲示的發(fā)光元件磊晶結(jié)構(gòu)100的發(fā)光結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所掲示的發(fā)光元件磊晶結(jié)構(gòu)200的發(fā)光結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所掲示的發(fā)光元件磊晶結(jié)構(gòu)300的發(fā)光結(jié)構(gòu)示意圖。圖4描述本發(fā)明實施例的背光模組結(jié)構(gòu)400。圖5描述本發(fā)明實施例的照明裝置結(jié)構(gòu)500。主要元件符號說明
1 發(fā)光元件11:第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層12:發(fā)光結(jié)構(gòu)13:第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層100，200，300 磊晶結(jié)構(gòu)100a:第一活性層IOOb 第二活性層400:背光模組裝置410,510 光源裝置420 光學(xué)裝置430、520 電源供應(yīng)系統(tǒng)500:照明裝置530 控制元件實施方式本發(fā)明為解決LED發(fā)光強度會隨溫度升高而亮度下降的現(xiàn)象，提出于發(fā)光結(jié)構(gòu)中成長ニ個不同波長的活性層的方法?；谀軕B(tài)理論電子占據(jù)低能階(即較長波長)活性層的機率較大，當溫度升高時電子能量也相對升高，電子由低能階往高能階躍遷的機率加大，故提供較高能階(即較短波長)活性層供電子躍遷之用。通常以發(fā)光元件溫度系數(shù)(Temperature Coefficient, TC)來表示LED發(fā)光強度隨溫度升高而亮度下降的程度，其定義如下若發(fā)光元件于溫度T1時光通量為fv流明，于溫度T2時光通量為f2流明；將T1時光通量標準化(normalized)為1，則T2時光通量標準化 (normalized)為(ち/も)；則此發(fā)光元件溫度系數(shù)(Temperature Coefficient，TC)可以下列公式表示，且其值小于0:TC =((T2時標準化光通量)-(T1時標準化光通量))/ (T2-T1)/ (T1時標準化光通量)= ((f2/f\)-1) / (T2-T1)------公式(1)如圖1所示，為本發(fā)明所掲示的發(fā)光元件1磊晶結(jié)構(gòu)100中發(fā)光結(jié)構(gòu)12的示意圖， 其中發(fā)光結(jié)構(gòu)12位于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層11及第ニ導(dǎo)電型半導(dǎo)體層13之間。實施例1 中，發(fā)光元件1其結(jié)構(gòu)至少包含成長基板(圖未示)，依序形成第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層11、發(fā)光結(jié)構(gòu)12及第ニ導(dǎo)電型半導(dǎo)體層13于成長基板之上。其中成長基板的材料包括至少ー材料選自于砷化鎵、藍寶石、碳化硅、氮化鎵、硅、及鍺所組成的材料群組。發(fā)光結(jié)構(gòu)12由第一活性層IOOa與第二活性層IOOb交互堆迭而成，其中第一活性層IOOa為量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出第一發(fā)光波長X1 ；第二活性層IOOb為量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出第二發(fā)光波長λ 2，且X1大于入2。發(fā)光結(jié)構(gòu)由ー種III-V族半導(dǎo)體材料所組成，此III-V族半導(dǎo)體材料為磷化鋁鎵銅系列化合物、氮化鋁鎵銅系列化合物或二者化合物的組合。經(jīng)由多次實驗數(shù)據(jù)歸納得知發(fā)光結(jié)構(gòu)12由第一活性層IOOa與第二活性層IOOb 交互堆迭而成，其中當?shù)谝换钚詫覫OOa與第二活性層IOOb總共為23η (η為大于0的整數(shù)) 層，且每ニ層第一活性層IOOa間穿插d層的第二活性層IOObGnS IOn)時，此發(fā)光結(jié)構(gòu)12經(jīng)過任意不同制程步驟后所形成的發(fā)光元件1量測的溫度系數(shù)TC差異值的絕對值系小于0. 12% /K。其原因為當可發(fā)出較長的第一發(fā)光波長X1的第一活性層IOOa層數(shù)過多時，電子未必能填滿全部能階位置，易造成電子分布不平均。當?shù)谝换钚詫覫OOa層數(shù)太少吋，提供電子占據(jù)的能階位置則不足。于本實施例中，第一活性層IOOa可發(fā)出610nm波長的光，第二活性層IOOb可發(fā)出600nm波長的光；且第一活性層IOOa與第二活性層IOOb總共為23層(η = 1)，每ニ層第一活性層IOOa間穿插d層的第二活性層100b (4 ^ d ^ 10),即發(fā)光結(jié)構(gòu)12由ー層第一活性層IOOa/七層第二活性層IOOb/ —層第一活性層IOOa/七層第二活性層IOOb/ —層第一活性層IOOa/六層第二活性層IOOb依序交互堆迭而成。具有此發(fā)光結(jié)構(gòu)12的發(fā)光元件 1通過第一種特定制程步驟完成后，于25°C時測量其光通量為155. 7流明，于100°C時測量其光通量為81. 6流明；由公式(1)計算得到其第一溫度系數(shù)(Temperature Coefficient, TC1)為-0. 65% /K。發(fā)光元件1通過第二種特定制程步驟完成后，于25°C時測量其光通量為1445流明，于100°C時測量其光通量為636流明；由公式(1)計算得到其第二溫度系數(shù) (Temperature Coefficient，TC2)為 _0. 75%/K。且第一溫度系數(shù) TC1 與第二溫度系數(shù) TC2 二者差異值的絕對值為0. 1% /K。其中第一種特定制程步驟及第ニ種特定制程步驟包含不同參數(shù)、制程條件的曝光、顯影、蝕刻、蒸鍍、研磨、切割等。由此實施例發(fā)現(xiàn)利用ニ種不同發(fā)光波長的活性層交互堆迭而成的發(fā)光結(jié)構(gòu)幾乎不受制程步驟影響其溫度系數(shù)，即電子可均勻分布在此發(fā)光元件的發(fā)光結(jié)構(gòu)中。如圖2所示，為本發(fā)明所掲示的發(fā)光元件1磊晶結(jié)構(gòu)200中發(fā)光結(jié)構(gòu)12的示意圖，其中發(fā)光結(jié)構(gòu)12位于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層11及第ニ導(dǎo)電型半導(dǎo)體層13之間。實施例 2中，發(fā)光結(jié)構(gòu)12由第一活性層IOOa與第二活性層IOOb交互堆迭而成，其中第一活性層 IOOa為量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出第一發(fā)光波長X1 ；第二活性層IOOb為量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出第二發(fā)光波長λ2，且X1大于λ2。發(fā)光結(jié)構(gòu)由ー種III-V族半導(dǎo)體材料所組成，此III-V族半導(dǎo)體材料為磷化鋁鎵銅系列化合物、氮化鋁鎵銅系列化合物或二者化合物的組合。于本實施例中，第一活性層IOOa可發(fā)出610nm波長的光，第二活性層IOOb可發(fā)出600nm波長的光；且第一活性層100a與第二活性層100b總共為23層(η = 1)，每ニ層第一活性層100a間穿插d層的第二活性層100b (4 ^ d ^ 10),即發(fā)光結(jié)構(gòu)12由ー層第一活性層100a/十層第二活性層100b/ —層第一活性層100a/十層第二活性層100b/ —層第一活性層100a依序交互堆迭而成。具有此發(fā)光結(jié)構(gòu)12的發(fā)光元件1通過第一種特定制程步驟完成后，于25°C時測量其光通量為139. 1流明，于100°C時測量其光通量為72. 4流明；由公式(1)計算得到其第一溫度系數(shù)(Temperature Coefficient, TC1)為-0.66% / K。發(fā)光元件1通過第二種特定制程步驟完成后，于25°C時測量其光通量為1477. 4流明，于 100で時測量其光通量為624.8流明；由公式(1)計算得到其第二溫度系數(shù)(Temperature Coefficient, TC2)為-0. 77% /K。且第一溫度系數(shù)TC1與第二溫度系數(shù)TC2 二者差異值的絕對值為0. 11% /K。其中第一種特定制程步驟及第ニ種特定制程步驟包含不同參數(shù)、制程條件的曝光、顯影、蝕刻、蒸鍍、研磨、切割等。由此實施例發(fā)現(xiàn)利用ニ種不同發(fā)光波長的活性層交互堆迭而成的發(fā)光結(jié)構(gòu)，即使其堆迭層數(shù)有所變化，其溫度系數(shù)仍然幾乎不受制程步驟影響，即電子可均勻分布在此發(fā)光元件的發(fā)光結(jié)構(gòu)中。如圖3所示，為本發(fā)明所掲示的發(fā)光元件1磊晶結(jié)構(gòu)300中發(fā)光結(jié)構(gòu)12的示意圖，其中發(fā)光結(jié)構(gòu)12位于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層11及第ニ導(dǎo)電型半導(dǎo)體層13之間。實施例3中，發(fā)光結(jié)構(gòu)12由第一活性層IOOa與第二活性層IOOb交互堆迭而成，其中第一活性層 IOOa為量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出第一發(fā)光波長X1 ；第二活性層IOOb為量子井結(jié)構(gòu)，可發(fā)出第二發(fā)光波長λ2，且X1大于λ2。發(fā)光結(jié)構(gòu)由ー種III-V族半導(dǎo)體材料所組成，此III-V族半導(dǎo)體材料為磷化鋁鎵銅系列化合物、氮化鋁鎵銅系列化合物或二者化合物的組合。于本實施例中，第一活性層IOOa可發(fā)出610nm波長的光，第二活性層IOOb可發(fā)出 600nm波長的光；且第一活性層IOOa與第二活性層IOOb總共為23層(η = 1)，每ニ層第一活性層IOOa間穿插d層的第二活性層100M4彡d彡10)，即發(fā)光結(jié)構(gòu)12由ー層第一活性層IOOa/五層第二活性層IOOb/ —層第一活性層IOOa/五層第二活性層IOOb/ —層第一活性層IOOa/五層第二活性層IOOb/ —層第一活性層IOOa/四層第二活性層IOOb依序交互堆迭而成。具有此發(fā)光結(jié)構(gòu)12的發(fā)光元件1通過第一種特定制程步驟完成后，于25°C時測量其光通量為134. 1流明，于100°C時測量其光通量為67. 3流明；由公式(1)計算得到其第一溫度系數(shù)(Temperature CoefficientjTC1)為-0. 68% /K。發(fā)光元件1通過第二種特定制程步驟完成后，于25°C時測量其光通量為1343. 5流明，于100°C時測量其光通量為646. 4 流明；由公式(1)計算得到其第二溫度系數(shù)(Temperature Coefficient，TC2)為-0.69% / K。且第一溫度系數(shù)TC1與第二溫度系數(shù)TC2 二者差異值的絕對值為0. 01 % /K。其中第一種特定制程步驟及第ニ種特定制程步驟包含不同參數(shù)、制程條件的曝光、顯影、蝕刻、蒸鍍、 研磨、切割等。由此實施例發(fā)現(xiàn)利用ニ種不同發(fā)光波長的活性層交互堆迭而成的發(fā)光結(jié)構(gòu)，即使其堆迭層數(shù)有所變化，其溫度系數(shù)仍然幾乎不受制程步驟影響，即電子可均勻分布在此發(fā)光元件的發(fā)光結(jié)構(gòu)中。參照圖4，其顯示本發(fā)明實施例的背光模組結(jié)構(gòu)。其中背光模組裝置400包含由上述實施例的發(fā)光元件1所構(gòu)成的光源裝置410 ；光學(xué)裝置420置于光源裝置410的出光路徑上，將光做適當處理后出光；以及電源供應(yīng)系統(tǒng)430，提供上述光源裝置410所需的電源。參照圖5，其顯示本發(fā)明實施例的照明裝置結(jié)構(gòu)。上述照明裝置500可以是車燈、 街燈、手電筒、路燈、指示燈等。其中照明裝置500包含光源裝置510，系由本發(fā)明上述的實施例的發(fā)光元件1所構(gòu)成；電源供應(yīng)系統(tǒng)520，提供光源裝置510所需的電源；以及控制元件530控制電源輸入光源裝置510。本發(fā)明所列舉的實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)明所作的任何顯而易知的修飾或變更皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.ー種發(fā)光元件，包含 基板；以及發(fā)光結(jié)構(gòu)位于該基板之上，包含第一活性層及第二活性層，其中該第一活性層與該第二活性層交互堆迭以形成該發(fā)光結(jié)構(gòu)；且該發(fā)光元件于第一種特定制程步驟后具有第一溫度系數(shù)(Temperature Coefficient, TC1)，于第二種特定制程步驟后具有第二溫度系數(shù) (Temperature Coefficient, TC2)，其中該第一溫度系數(shù)TC1與該第二溫度系數(shù)TC2 二者差異值的絕對值小于0. 12% /K。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該基板的材料包括至少ー材料選自于砷化鎵、 藍寶石、碳化硅、氮化鎵、氮化鋁、硅、及鍺所組成的材料群組。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該第一活性層為可發(fā)出第一發(fā)光波長的量子井結(jié)構(gòu)且該第二活性層為可發(fā)出第二發(fā)光波長的量子井結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，更包含 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層位于該基板之上；及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層位于該發(fā)光結(jié)構(gòu)之上。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該第一種特定制程步驟及該第二種特定制程步驟包含不同參數(shù)、制程條件的曝光、顯影、蝕亥IJ、蒸鍍、研磨、切割。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光結(jié)構(gòu)材料為磷化鋁鎵銅系列化合物、氮化鋁鎵銅系列化合物或ニ種化合物的組合。
7.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中該第一發(fā)光波長為X1，該第二發(fā)光波長為入2， 且X1大于入2。
8.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中該第一活性層與該第二活性層層數(shù)總合為23η， 且η為大于0的整數(shù)。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光元件，其中該每ニ層第一活性層間穿插d層的第二活性層， 且彡IOn (η為大于0的整數(shù))。
10.ー種背光模組裝置包含光源裝置，由權(quán)利要求1 9所述的發(fā)光元件任選其一所組成； 光學(xué)裝置，置于該光源裝置的出光路徑上；以及電源供應(yīng)系統(tǒng)，提供該光源裝置所需的電源。
11.ー種照明裝置包含光源裝置，由權(quán)利要求1 9所述的發(fā)光元件任選其一所組成； 電源供應(yīng)系統(tǒng)，提供該光源裝置所需的電源；以及控制元件，控制該電源輸入該光源裝置。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光元件，包含基板；以及發(fā)光結(jié)構(gòu)形成于基板之上。此發(fā)光結(jié)構(gòu)包含具有第一發(fā)光波長的第一活性層，及具有第二發(fā)光波長的第二活性層；其中第一活性層與第二活性層交互堆迭以形成發(fā)光結(jié)構(gòu)。
文檔編號F21Y101/02GK102593289SQ20111000345
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者李世昌, 李榮仁, 王振奎, 黃建富 申請人:晶元光電股份有限公司