具有多個發光疊層的發光裝置制造方法

具有多個發光疊層的發光裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開一種發光裝置，其包含可射出具有第一主波長的第一光的一第一發光元件，其中第一發光元件具有包含第一數量的多重量子阱對的一第一多重量子阱結構；包含第二數量的多重量子阱對的一第二多重量子阱結構，位于第一多重量子阱結構之上；以及一穿遂層位于第一多重量子阱結構與第二多重量子阱結構之間；以及可射出具有第三主波長的第三光的一第二發光元件，其中第一數量不同于第二數量。
【專利說明】具有多個發光疊層的發光裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發光裝置，特別是涉及一種具有多個發光疊層的發光裝置。
【背景技術】
[0002]發光二極管(Light-emitting Diode ;LED)是一種固態半導體元件,其至少包含一p-n接面(p-n junction),此p-n接面形成于P型與η型半導體層之間。當于p-η接面上施加一定程度的偏壓時，P型半導體層中的空穴與η型半導體層中的電子會結合而釋放出光。此光產生的區域一般又稱為發光區(light-emitting region)。
[0003]LED的主要特征在于尺寸小、高演色性、可靠度高發光效率高、壽命長和反應快速，目前已經廣泛地使用在光學顯示裝置、交通號志、數據儲存裝置、通訊裝置、照明裝置與醫療器材上。隨著全彩LED的問世，LED已逐漸取代傳統的照明設備，如熒光燈和白熾燈泡。
[0004]在LED的制造成本中，基板的價格占據很大的比重，所以如何降低基板在LED中的使用量是引人關注的議題。

【發明內容】

[0005]為解決上述問題，本發明提供一發光裝置，包含可射出具有第一主波長的第一光的一第一發光元件，其中第一發光元件具有包含第一數量的多重量子阱對的一第一多重量子阱結構；包含第二數量的多重量子阱對的一第二多重量子阱結構，位于第一多重量子阱結構之上；以及一穿隧層位于第一多重量子阱結構與第二多重量子阱結構之間；以及可射出具有第三主波長的第三光的一第二發光元件，其中第一數量不同于第二數量。
[0006]一發光元件，具有包含第一數量的多重量子阱對的一第一多重量子阱結構；包含第二數量的多重量子阱對的一第二多重量子阱結構，位于第一多重量子阱結構之上；以及一第一穿隧層位于第一多重量子阱結構與第二多重量子阱結構之間，其中第一數量不同于第二數量
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1繪示本申請案一實施例的發光元件的剖面示意圖；
[0008]圖2繪示本申請案另一實施例的發光元件的剖面示意圖；
[0009]圖3繪示本申請案一實施例的發光裝置的剖面示意圖；
[0010]圖4繪示本申請案一實施例的光源產生裝置的示意圖；
[0011]圖5繪示本申請案一實施例的背光模塊的示意圖。
[0012]符號說明
[0013]1、2發光元件
[0014]10 基板
[0015]11接觸層
[0016]12第一粘結層[0017]14,21第一發光疊層
[0018]142第一半導體層
[0019]144,212 第一主動層
[0020]146第二半導體層
[0021]16,22第一穿隧層
[0022]18,23第二發光疊層
[0023]182第三半導體層
[0024]184,232 第二主動層
[0025]186第四半導體層
[0026]24第二穿隧層
[0027]25第三發光疊層
[0028]252第三主動層
[0029]3第二發光元件
[0030]4發光裝置
[0031]40 載體
[0032]5光源產生裝置
[0033]51 光源
[0034]52電源供應系統
[0035]53控制元件
[0036]6背光模塊
[0037]61光學元件
【具體實施方式】
[0038]本發明的實施例會被詳細地描述，并且繪制于附圖中，相同或類似的部分會以相同的號碼在各附圖以及說明出現。
[0039]圖1繪不一發光兀件I具有一基板10 ;—第一粘結層12,形成于基板10之上；一第一發光疊層14,形成于第一粘結層12之上；一第一穿隧層16,形成于第一發光疊層14之上；一第二發光疊層18,形成于第一穿隧層16之上；以及一接觸層11，形成于第二發光疊層18之上。第一發光疊層14具有一第一半導體層142、一第一主動層144以及一第二半導體層146形成于基板10與第一穿隧層16之間；第二發光疊層18具有一第三半導體層182、一第二主動層184以及一第四半導體層186形成于第一穿隧層16與接觸層11之間。本實施例的第一發光元件I具有兩層發光疊層位于基板10之上，相較于具有一層發光疊層位于基板上的一傳統發光元件，優點之一是第一發光元件I所產生的流明約等于兩個各自僅具有一主動層的傳統發光元件的流明總和。此外，相較于各自具有基板的兩個傳統發光元件，因為第一發光元件I只使用一塊基板，因此減少基板的使用量而降低制造成本。流明增加且成本降低，每塊錢所產生的流明(流明/元)因而增加。第一發光元件I的輸入功率也大于傳統發光兀件。因為第一發光兀件I具有兩層發光疊層且順向電壓增加，在輸入與傳統發光元件相同的操作電流下，第一發光元件I的輸入功率增加，所以第一發光元件I所產生的流明增加。此外，因為串聯電阻大于片電阻，所以提升電流擴散。第一發光疊層14經電流通過的面積增加，發光效率因此提升。
[0040]此外，第一主動層144具有包含第一數量的多重量子阱對的第一多重量子阱結構，其中多重量子阱對包含一阱層與一阻障層，阻障層的能隙高于阱層的能隙。第二主動層184具有包含第二數量的多重量子阱對的第二多重量子阱結構，第一數量不同于第二數量。另一實施例中，第一數量可大于第二數量。當第一數量與第二數量的總合固定，此實施例的第一發光元件I的發光效率高于第一數量等于第二數量的另一傳統雙接面發光元件的發光效率。例如第一數量與第二數量的總合為10，此實施例的第一數量為7，第二數量為3，第一多重量子阱結構與第二多重量子阱結構所產生之光的流明與第一數量和第二數量皆為5的傳統雙接面發光元件所產生之光的流明相同。然而因為第一發光元件的第二數量小于第一數量，較少的多重量子阱對可吸收第一多重量子阱結構所發之光，所以第一發光元件I的發光效率大于傳統雙接面發光元件的發光效率。
[0041]基板10可用以成長及/或支持位于其上的發光疊層，其材料可為絕緣材料或導電材料。絕緣材料包含但不限于藍寶石(Sapphire)、鉆石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、壓克力(Acryl)或氮化鋁(AlN)。導電材料包含但不限于銅(Cu)、鋁(Al)、類鉆碳薄膜(Diamond Like Carbon ;DLC)、碳化娃(SiC)、金屬基復合材料(Metal MatrixComposite ;MMC)、陶瓷基復合材料(Ceramic Matrix Composite ;CMC)、娃(Si)、憐化碘(IP)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、磷化銦(InP)、鎵酸鋰(LiGaO2)或鋁酸鋰(LiAlO2)15其中可用以成長發光疊層的材料例如為藍寶石、砷化鎵或碳化硅。當基板10用以成長發光疊層，第一粘結層12可以用作成長發光疊層的緩沖層取代。
[0042]第一粘結層12可連接基板10與第一發光疊層14,以及包含多個附屬層(未顯示)。第一粘結層12的材料可為導電材料，包含但不限于氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ΑΤ0)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化釔鋅(YZO)、氧化銦鋅(IZO)、類鉆碳薄膜、銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、鉬(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鍺(Ge)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、鈷(Co)、猛(Mn)、鋪(Sb)、秘(Bi)、鎵(Ga)、鎢(W)、銀-鈦(Ag-Ti)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、錫-鉛-銻(Sn-Pb-Sb)、錫-鉛-鋅(Sn-Pb-Zn)、鎳-錫(N1-Sn)、鎳-鈷(N1-Co)或金合金(Au alloy)等。緩沖層的材料可為半導體材料，包含一種以上的元素，此元素可選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)與硒(Se)所構成的群組。第一粘結層12可更包含反射層(未顯示)以反射發光疊層所產生之光。反射層的材料可包含但不限于銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、鉬(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、銀-鈦(Ag-Ti)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅 _ 鋪(Cu-Cd)、錫 _ 鉛 _ 鋪(Sn-Pb-Sb)、錫 _ 鉛 _ 鋒(Sn-Pb-Zn)、鎮 _ 錫(N1-Sn)、鎮-鉆(N1-Co)、銀-銅(Ag-Cu)或金合金(Au alloy)
[0043]第一發光疊層14及/或第二發光疊層18可直接成長于基板10之上，或通過第一粘結層12固定于基板10之上。第一發光疊層14及第二發光疊層18的材料可為半導體材料，包含一種以上的元素，此元素可選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)與硒(Se)所構成的群組。第一半導體層142與第二半導體層146的電性相異，第三半導體層182與第二半導體層186的電性相異。第一主動層144與第二主動層184可發光，其中第一主動層144具有第一能隙及第二主動層184具有第二能隙,此實施例中第一能隙不同于第二能隙。第一能隙與第二能隙的能隙差介于0.3eV與0.5eV之間，第一能隙可小于或大于第二能隙，例如第一能隙為1.45eV,第二能隙為1.9eV。又一實施例中，第一主動層144所產生之光是人眼無法辨識的不可見光，此實施例的不可見光波長約為小于400nm或大于780nm，較佳為介于780nm與2500nm之間或介于300nm與400nm之間，更佳為介于780nm與900nm之間。第二主動層184所產生之光是人眼可辨識的可見光，此實施例的可見光波長約介于400nm與780nm之間,較佳為介于560nm與750nm之間。另一實施例中，第一主動層144所產生之光具有一第一主波長，第二主動層184所產生之光具有一第二主波長，第一主波長與第二主波長的波長差約為150nm至220nm，第一主波長可大于或小于第二主波長。此實施例可應用于醫療領域，優點之一是一個發光元件可同時具有不同功能；例如第一主波長為815nm，可促進傷口愈合，第二主波長為633nm，有助于消除細紋。
[0044]另一實施例中，第一主動層144由一第一量子阱與一第二量子阱交互堆疊形成，其中第一量子阱具有一第一量子阱能隙，第二量子阱具有一第二量子阱能隙，第一量子阱能隙與第二量子阱能隙相異，第一量子阱能隙與第二量子阱能隙的能隙差約為0.06eV至
0.leV，第一量子阱能隙可小于或大于第二量子阱能隙。第二主動層184由一第三量子阱與一第四量子阱交互堆疊形成，其中第三量子阱具有一第三量子阱能隙，第四量子阱具有一第四量子阱能隙，第三量子阱能隙與第四量子阱能隙相異，第三量子阱能隙與第四量子阱能隙的能隙差約為0.06eV至0.leV，第一量子阱能隙可小于或大于第二量子阱能隙。
[0045]第一穿隧層16成長于第一發光疊層14之上，其摻雜濃度大于8X1018/cm3，所以電子可利用穿隧效應通過第一穿隧層16。第一穿隧層16的材料可為半導體材料，包含一種以上的元素，此元素可選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)與硒(Se)所構成的群組。另一實施例中，第一穿隧層16可被一第二粘結層置換，以粘結第一發光疊層14與第二發光疊層18。第二粘結層的材料包含透明導電材料,例如氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鋅(IZO)或氧化鉭(Ta2O5);或是絕緣材料，例如Su8、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁燒(PFCB)、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(Acrylic Resin)、環烯烴聚合物(C0C)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚亞酰胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化鈦(TiO2)、氮化硅(SiNx)、旋涂玻璃(SOG)或四乙氧基硅烷(TEOS)。接觸層11用以傳導電流，其材料包含GaP、AlxGa1^xAs (O≤x≤I)或 AlaGabIn1IbP (O ≤ a ≤ 1，O ≤ b ≤ 1，O ≤ a+b ≤ I)。
[0046]圖2繪不一第一發光兀件2具有一基板10 ;—第一粘結層12,形成于基板10之上；一第一發光疊層21,形成于第一粘結層12之上；一第一穿隧層22,形成于第一發光疊層21之上；一第二發光疊層23,形成于第一穿隧層22之上；一第二穿隧層24,形成于第二發光疊層23之上；一第三發光疊層25，形成于第二穿隧層24之上；以及一接觸層11，形成于第三發光疊層25之上。第一發光疊層21具有一第一主動層212 ;第二發光疊層23具有一第二主動層232 ；以及第三發光疊層25具有一第三主動層252。本實施例的第一發光兀件2具有三層發光疊層位于基板10之上，優點之一是第一發光元件2所產生的流明約等于三個傳統發光元件的流明總和。此外，相較三個傳統發光元件使用三塊基板，因為第一發光元件2只使用一塊基板，因此減少基板的使用量而降低制造成本。流明增加且成本降低，每塊錢所產生的流明(流明/元)也因而增加。第一發光元件2的輸入功率也大于傳統發光元件。因為第一發光兀件2具有三層發光疊層且順向電壓增加,在輸入與傳統發光兀件相同的操作電流下，第一發光元件2的輸入功率增加，所以第一發光元件2所產生的流明增加。此外，因為串聯電阻大于片電阻，所以提升電流擴散。第一發光疊層21經電流通過的面積增加，發光效率因此提升。
[0047]此外，第一主動層212具有包含第一數量的多重量子阱對的第一多重量子阱結構，其中多重量子阱對包含一阱層與一阻障層，阻障層的能隙高于阱層的能隙。第二主動層232具有包含第二數量的多重量子阱對的第二多重量子阱結構。第三主動層252具有一第三多重量子阱結構，其中第三多重量子阱結構可發出一具有第四主波長的第四光，且具有一第三數量的多重量子阱對，第一數量、第二數量與第三數量皆不相同。另一實施例中，第一數量可大于第二數量且第二數量可大于第三數量。當第一數量、第二數量與第三數量的總合固定，此實施例的第一發光元件2的發光效率會高于第一數量、第二數量與第三數量皆相等的另一傳統三接面發光元件的發光效率。例如第一數量、第二數量與第三數量的總合為15，此實施例的第一數量為7，第二數量為5，第三數量為3，第一多重量子阱結構、第二多重量子阱結構與第三多重量子阱結構所產生之光的流明與第一數量、第二數量和第三數量皆為5的傳統雙接面發光元件所產生之光的流明相同。然而因為第一發光元件2的第二數量或第三數量小于第一數量，較少的多重量子阱對可吸收第一多重量子阱結構所發之光，所以第一發光元件2的發光效率大于傳統三接面發光元件的發光效率。
[0048]如圖3所示，一發光裝置4包含一載體40 ;第一發光元件I形成于載體40 —部分之上；以及一第二發光兀件3形成于載體40另一部分之上。第一發光兀件I具有可發出具有第一主波長的第一光的第一發光疊層14，以及可發出具有第二主波長的第二光的第二發光疊層18，其中第一主波長不同于第二主波長。第二發光元件3具有可發出具有第三主波長的第三光的第三發光疊層(未顯示)，其中第三主波長可不同于第一主波長與第二主波長。因為第一光、第二光與第三光具有不同的主波長，可顯不不同顏色，所以第一光、第二光與第三光混合所產生的混合光具有較好的演色性指數(CRI)。例如混合光是白光，白光具有第一光是紅光；第二光是綠光；以及第三光是藍光。另一實施例中，一波長轉換層(未顯示)可位于第二發光元件3之上，以致于所產生的第三光是色溫約介于5700K與6500K之間的冷白光。第一發光元件I可射出主波長不同的第一光與第二光，第一光、第二光與第三光可混合后產生色溫約介于2700K與3700K的暖白光，所以發光裝置4的演色性指數較第一發光元件僅具有一種主波長的傳統發光裝置為佳。發光裝置4的演色性指數至少為80，更佳為90，且紅色指數R9至少為50。第一光與第二光可顯示相同顏色，例如紅色。一實施例中，第一主動層144具有一多重量子阱結構，多重量子阱結構由多個第一阱層與多個第一阻障層交互堆疊形成，第二主動層184具有另一多重量子阱結構，另一多重量子阱結構由多個第二阱層與多個第二阻障層交互堆疊形成。第一阱層與第二阱層的材料可由化學式InxGahP或InxGapxAs表示，且0〈χ〈1，其中第一阱層中x所顯示銦的比例大于第二阱層。第一阱層中銦的比例與第二阱層中銦的比例差異約介于1%與6%，較佳為約介于2%與5%。第一主波長與第二主波長之差可約介于5納米與30納米，較佳為約介于10納米與25納米。此實施例中，第一主波長例如為615納米至635納米，第二主波長例如為605納米至625納米。
[0049]載體40可用以成長且/或支持位于其上的發光元件，其材料可為絕緣材料或導電材料。絕緣材料包含但不限于藍寶石(Sapphire)、鉆石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、壓克力(Acryl)、氧化鋅(ZnO)或氮化招(AlN)。導電材料包含但不限于銅(Cu)、招(Al)、類鉆碳薄膜(Diamond Like Carbon ;DLC)、碳化娃(SiC)、金屬基復合材料(MetalMatrix Composite ;MMC)、陶瓷基復合材料(Ceramic Matrix Composite ;CMC)、娃(Si)、憐化碘(IP)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、磷化銦(InP)、鎵酸鋰(LiGaO2)或鋁酸鋰(LiAlO2)15其中可用以成長發光疊層的材料例如為藍寶石、砷化鎵或碳化硅。
[0050]圖4是繪示出一光源產生裝置示意圖，一光源產生裝置5包含本發明任一實施例中的發光元件或發光裝置。光源產生裝置5可以是一照明裝置，例如路燈、車燈或室內照明光源，也可以是交通號志或一平面顯示器中背光模塊的一背光光源。光源產生裝置5具有前述發光裝置組成的一光源51、一電源供應系統52以供應光源51—電流、以及一控制元件53，用以控制電源供應系統52。
[0051]圖5是繪示出一背光模塊剖面示意圖，一背光模塊6包含前述實施例中的光源產生裝置5，以及一光學元件61。光學元件61可將由光源產生裝置5發出的光加以處理，以應用于平面顯示器，例如散射光源產生裝置5發出的光。
[0052]上述實施例僅為例示性說明本申請案的原理及其功效，而非用于限制本申請案。任何本申請案所屬【技術領域】中具有通常知識者均可在不違背本申請案的技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本申請案的權利保護范圍如上述的申請專利范圍所列。
【權利要求】
1.一發光裝置，包含: 第一發光元件，包含: 第一多重量子阱結構，射出具有一第一主波長的第一光；以及 第二多重量子阱結構，位于該第一多重量子阱結構之上，射出具有第二主波長的第二光；以及 載體，承載該第一發光兀件； 其中該第一主波長與該第二主波長的差異是5納米至30納米。
2.如權利要求1所述的發光裝置，其中該第一多重量子阱結構位于該第二多重量子阱結構與該載體之間，該第一主波長大于該第二主波長。
3.如權利要求1所述的發光裝置，其中該第一多重量子阱結構包含第一數量的多重量子阱對，該第二多重量子阱結構包含第二數量的多重量子阱對，該第一數量不同于該第二數量。
4.如權利要求3所述的發光裝置，其中該第一發光元件包含第三多重量子阱結構，該第三多重量子阱結構包含第三數量的多重量子阱對，該第三數量不同于該第二數量。
5.如權利要求4所述的發光裝置，其中該第三多重量子阱結構射出一包含第三主波長的第三光，該第一主波長、該第二主波長與該第三主波長皆不同。
6.如權利要求1所述的發光裝置，還包含第二發光元件，位于該載體之上，射出包含一第三主波長的第三光。
7.如權利要求6所述的發光裝置，其中該第一光、該第二光與該第三光混合產生一混合光，該混合光的演色性指數是90以上。
8.如權利要求6所述的發光裝置，其中該混合光的紅色指數R9是50以上。
9.如權利要求6所述的發光裝置，其中該第二主波長大于該第三主波長。
10.如權利要求6所述的發光裝置，還包含一波長轉換層位于該第二發光元件之上。
【文檔編號】H01L33/08GK103840045SQ201310594256
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2012年11月21日
【發明者】謝明勛, 林義杰, 李榮仁 申請人:晶元光電股份有限公司