TWI399866B - 固態發光元件 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種發光元件，特別係一種固態發光元件。
目前，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)作為一種固態發光元件，其具有光質佳(亦即光源輸出之光譜)及發光效率高等特性而逐漸取代冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)作為照明裝置之發光元件，具體可參見Michael S.Shur等人於文獻Proceedings of the IEEE,Vol.93,No.10(2005年10月)中發表之“Solid-State Lighting：Toward Superior Illumination”一文。
一般的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)包括發光結構及正負電極，該發光結構包括：一N型束縛層(Cladding layer)，一P型束縛層及一設置於該N型束縛層與P型束縛層之間的未摻雜之活性層(Active layer)，該正電極設置於該P型束縛層上，該負電極設置於該N型束縛層上。該發光二極體一般可發出特定波長的光，例如可見光，惟發光二極體所接收能量的大約80~90%被轉換為熱量，其餘的能量才被真正轉換為光能。當發光二極體之溫度達到70度以上時，發光
二極體中之量子效率會明顯的降低，故發光二極體之散熱效率係保證其正常運作的重要因素。有鑑於此，提供一種散熱效率較高的固態發光元件實為必要。
下面將以實施例說明一種散熱效率較高的固態發光元件。
一種固態發光元件，其包括一透明導電基板，一設置於該透明導電基板上之第一型束縛層，一設置於該第一型束縛層上之發光活性層，一設置於該發光活性層上之第二型束縛層，一設置於該第二型束縛層上之電極，該透明導電基板所用材料為氫化碳化矽。
相對於先前技術，該固態發光元件中之透明導電基板所用材料為氫化碳化矽，利用氫化碳化矽之高熱傳導率可將該固態發光元件發光時所產生的熱及時有效地傳導出去，從而使得該固態發光元件保持較高的量子效率。利用氫化碳化矽之高電導率可使該透明導電基板直接作為一電極使用，使得由該發光活性層發出之光子可直接經由該透明導電基板於沒有遮擋物之情況下射出，從而提高了光取出效率。
10‧‧‧發光二極體
11‧‧‧透明導電基板
12‧‧‧N型束縛層
13‧‧‧發光活性層
14‧‧‧P型束縛層
15‧‧‧電極
16‧‧‧奈米粒子
圖1係本發明實施例提供之發光二極體之剖面圖。
下面結合附圖對本發明固態發光元件作進一步的詳細說明。
為了便於理解，以下將以本發明實施例提供之固態發光元件
為發光二極體為例進行說明。請參見圖1，一發光二極體10包括：一透明導電基板11，一設置於該透明導電基板11上之N型束縛層12，一設置於該N型束縛層12上之發光活性層13，一設置於該發光活性層13上之P型束縛層14，一設置於該P型束縛層14上之電極15。該N型束縛層12，發光活性層13及P型束縛層14組成一發光結構。
該透明導電基板11所用材料為氫化碳化矽(SiC：H)，由於該氫化碳化矽係一種電導率及熱傳導率均較高的材料，故於該發光二極體10發光時所產生的熱能夠及時有效地經由該透明導電基板11傳導出去，從而使得該發光二極體10保持較高的量子效率，並且該透明導電基板11可作為另一電極與該電極15與一外部電源電性連接以向該發光結構提供電能。於本實施例中，由該發光結構發出之光子可直接經由該透明導電基板11於沒有遮擋物之情況下射出，從而提高了光取出效率。不用於透明導電基板11上形成電極亦可使該發光二極體10之製程簡化、成本降低。
該N型束縛層12為含有奈米粒子16之N型半導體層。該N型半導體層所用材料可選自N型氮化鎵(n-type GaN)、N型磷化銦(n-type InP)、N型磷化銦鎵(n-type InGaP)及N型磷化鋁鎵銦(n-type AlGaInP)中之一。於本實施例中，該N型束縛層12係由矽摻雜之氮化鎵組成。
該奈米粒子16之材料為矽氧化物、矽氮化物、鋁氧化物、鎵氧化物或硼氮化物。於本實施例中，該奈米粒子16為二氧化
矽奈米粒子，其粒徑範圍為20~200奈米。
該發光活性層13所用材料為氮化銦鎵(InGaN)、砷化鋁鎵(AlGaAs)等，其中具有單個量子阱結構(Single Quantum Well)或多量子阱結構(Multi-Quantum Well)。
該P型束縛層14為含有奈米粒子16之P型半導體層。該P型半導體層所用材料可選自P型氮化鋁鎵(p-type AlGaN)、P型砷化鋁鎵(p-type AlGaAs)等。於此，可藉由於氮化鋁鎵中摻雜鎂或氫來得到P型半導體層。
該P型半導體層中摻雜之奈米粒子16所用材料同樣可選自矽氧化物、矽氮化物、鋁氧化物、鎵氧化物或硼氮化物。可理解之係，該奈米粒子16於該N型束縛層12及該P型束縛層14中之濃度分佈可根據實際需要進行設定。
該電極15所用材料為鎳(Ni)，金(Au)，鎳金合金(Ni/Au)，鈦(Ti)，鋁(Al)，鈦鋁合金(Ti/Al)，銅(Cu)，銀(Ag)，鋁銅合金(Al/Cu)，或銀銅合金(Ag/Cu)等金屬材料。
於本實施例中，可利用金屬有機化學氣相沈積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)或電漿增強化學氣相沈積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)將該N型束縛層12及該P型束縛層14分別形成於該透明導電基板11及該發光活性層13上，利用磁控濺射法將該電極15沈積於該P型束縛層14上。
由於該N型束縛層12為含有奈米粒子16之N型半導體層，該P
型束縛層14為含有奈米粒子16之P型半導體層，該N型半導體層及該P型半導體層中含有奈米粒子，從而可阻止該N型束縛層12與該發光活性層13之間、該P型束縛層14與該發光活性層13之間所形成之位錯移動(Dislocation Motion)，以增進發光活性層13之晶體性質，進而提高了該發光結構之量子效率，即該發光活性層13中之光子轉換效率更高。另，該N型束縛層12與P型束縛層14中之奈米粒子可改變其所於之N型半導體層或P型半導體層之晶格常數(Lattice Constant)，減少了N型束縛層12與P型束縛層14自身之晶格畸變(Lattice Strain)，從而有利於減小該N型束縛層12與該發光活性層13之間，以及該P型束縛層14與該發光活性層13之間的應力，有利於提高該發光二極體10內部之量子效率。
此外，該本發明實施例提供之發光二極體10中之發光結構具有較高量子效率之同時，於該發光結構中並不需要量子點(Quantum Dot)，從而使得該發光二極體10與傳統發光二極體相比更適於量產。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。例如：所述P型束縛層14生長於所述透明導電基板11上，所述發光活性層13磊晶生長於所述P型束縛層14上，而所述N型束縛層12則生長於所述發光活性層13上，此時所述發光活性層13同樣夾設於含有奈米粒子的P型半導體層與含有奈米粒子的N型半導體層之間，故
同樣可以使本發明實施例提供之發光二極體具有較好的量子效率。故，該等變化或提供結構原理與所述發光二極體基本相同的其他固態發光元件，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧發光二極體
11‧‧‧透明導電基板
12‧‧‧N型束縛層
13‧‧‧發光活性層
14‧‧‧P型束縛層
15‧‧‧電極
16‧‧‧奈米粒子
Claims (7)
- 一種固態發光元件，其包括一透明導電基板，一設置於該透明導電基板上之第一型束縛層，一設置於該第一型束縛層上之發光活性層，一設置於該發光活性層上之第二型束縛層，一設置於該第二型束縛層上之電極，其改進在於：該透明導電基板所用材料為氫化碳化矽，其中，該第一型束縛層與該第二型束縛層分別為含有奈米粒子之第一型半導體層與含有奈米粒子之第二型半導體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態發光元件，其中，該奈米粒子之材料為矽氧化物、矽氮化物、鋁氧化物、鎵氧化物或硼氮化物。
- 如申請專利範圍第2項所述之固態發光元件，其中，該奈米粒子之粒徑為20~200奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態發光元件，其中，該第一型半導體層為N型半導體層，該第二型半導體層為P型半導體層。
- 如申請專利範圍第4項所述之固態發光元件，其中，該N型半導體層所用材料為N型氮化鎵，N型磷化銦，N型磷化銦鎵或N型磷化鋁鎵銦。
- 如申請專利範圍第4項所述之固態發光元件，其中，該P型半導體層所用材料為P型氮化鋁鎵或P型砷化鋁鎵。
- 如申請專利範圍第4項所述之固態發光元件，其中，該發光 活性層中具有單個量子阱結構或多量子阱結構。
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