具有多个发光叠层的发光装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种发光装置，其包含可射出具有第一主波长的第一光的一第一发光元件，其中第一发光元件具有包含第一数量的多重量子阱对的一第一多重量子阱结构；包含第二数量的多重量子阱对的一第二多重量子阱结构，位于第一多重量子阱结构之上；以及一穿遂层位于第一多重量子阱结构与第二多重量子阱结构之间；以及可射出具有第三主波长的第三光的一第二发光元件，其中第一数量不同于第二数量。
【专利说明】具有多个发光叠层的发光装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光装置，特别是涉及一种具有多个发光叠层的发光装置。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light-emitting Diode ;LED)是一种固态半导体元件,其至少包含一p-n接面(p-n junction),此p-n接面形成于P型与η型半导体层之间。当于p-η接面上施加一定程度的偏压时，P型半导体层中的空穴与η型半导体层中的电子会结合而释放出光。此光产生的区域一般又称为发光区(light-emitting region)。
[0003]LED的主要特征在于尺寸小、高演色性、可靠度高发光效率高、寿命长和反应快速，目前已经广泛地使用在光学显示装置、交通号志、数据储存装置、通讯装置、照明装置与医疗器材上。随着全彩LED的问世，LED已逐渐取代传统的照明设备，如荧光灯和白炽灯泡。
[0004]在LED的制造成本中，基板的价格占据很大的比重，所以如何降低基板在LED中的使用量是引人关注的议题。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一发光装置，包含可射出具有第一主波长的第一光的一第一发光元件，其中第一发光元件具有包含第一数量的多重量子阱对的一第一多重量子阱结构；包含第二数量的多重量子阱对的一第二多重量子阱结构，位于第一多重量子阱结构之上；以及一穿隧层位于第一多重量子阱结构与第二多重量子阱结构之间；以及可射出具有第三主波长的第三光的一第二发光元件，其中第一数量不同于第二数量。
[0006]一发光元件，具有包含第一数量的多重量子阱对的一第一多重量子阱结构；包含第二数量的多重量子阱对的一第二多重量子阱结构，位于第一多重量子阱结构之上；以及一第一穿隧层位于第一多重量子阱结构与第二多重量子阱结构之间，其中第一数量不同于第二数量
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1绘示本申请案一实施例的发光元件的剖面示意图；
[0008]图2绘示本申请案另一实施例的发光元件的剖面示意图；
[0009]图3绘示本申请案一实施例的发光装置的剖面示意图；
[0010]图4绘示本申请案一实施例的光源产生装置的示意图；
[0011]图5绘示本申请案一实施例的背光模块的示意图。
[0012]符号说明
[0013]1、2发光元件
[0014]10 基板
[0015]11接触层
[0016]12第一粘结层[0017]14,21第一发光叠层
[0018]142第一半导体层
[0019]144,212 第一主动层
[0020]146第二半导体层
[0021]16,22第一穿隧层
[0022]18,23第二发光叠层
[0023]182第三半导体层
[0024]184,232 第二主动层
[0025]186第四半导体层
[0026]24第二穿隧层
[0027]25第三发光叠层
[0028]252第三主动层
[0029]3第二发光元件
[0030]4发光装置
[0031]40 载体
[0032]5光源产生装置
[0033]51 光源
[0034]52电源供应系统
[0035]53控制元件
[0036]6背光模块
[0037]61光学元件
【具体实施方式】
[0038]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。
[0039]图1绘不一发光兀件I具有一基板10 ;—第一粘结层12,形成于基板10之上；一第一发光叠层14,形成于第一粘结层12之上；一第一穿隧层16,形成于第一发光叠层14之上；一第二发光叠层18,形成于第一穿隧层16之上；以及一接触层11，形成于第二发光叠层18之上。第一发光叠层14具有一第一半导体层142、一第一主动层144以及一第二半导体层146形成于基板10与第一穿隧层16之间；第二发光叠层18具有一第三半导体层182、一第二主动层184以及一第四半导体层186形成于第一穿隧层16与接触层11之间。本实施例的第一发光元件I具有两层发光叠层位于基板10之上，相较于具有一层发光叠层位于基板上的一传统发光元件，优点之一是第一发光元件I所产生的流明约等于两个各自仅具有一主动层的传统发光元件的流明总和。此外，相较于各自具有基板的两个传统发光元件，因为第一发光元件I只使用一块基板，因此减少基板的使用量而降低制造成本。流明增加且成本降低，每块钱所产生的流明(流明/元)因而增加。第一发光元件I的输入功率也大于传统发光兀件。因为第一发光兀件I具有两层发光叠层且顺向电压增加，在输入与传统发光元件相同的操作电流下，第一发光元件I的输入功率增加，所以第一发光元件I所产生的流明增加。此外，因为串联电阻大于片电阻，所以提升电流扩散。第一发光叠层14经电流通过的面积增加，发光效率因此提升。
[0040]此外，第一主动层144具有包含第一数量的多重量子阱对的第一多重量子阱结构，其中多重量子阱对包含一阱层与一阻障层，阻障层的能隙高于阱层的能隙。第二主动层184具有包含第二数量的多重量子阱对的第二多重量子阱结构，第一数量不同于第二数量。另一实施例中，第一数量可大于第二数量。当第一数量与第二数量的总合固定，此实施例的第一发光元件I的发光效率高于第一数量等于第二数量的另一传统双接面发光元件的发光效率。例如第一数量与第二数量的总合为10，此实施例的第一数量为7，第二数量为3，第一多重量子阱结构与第二多重量子阱结构所产生之光的流明与第一数量和第二数量皆为5的传统双接面发光元件所产生之光的流明相同。然而因为第一发光元件的第二数量小于第一数量，较少的多重量子阱对可吸收第一多重量子阱结构所发之光，所以第一发光元件I的发光效率大于传统双接面发光元件的发光效率。
[0041]基板10可用以成长及/或支持位于其上的发光叠层，其材料可为绝缘材料或导电材料。绝缘材料包含但不限于蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)或氮化铝(AlN)。导电材料包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、类钻碳薄膜(Diamond Like Carbon ;DLC)、碳化娃(SiC)、金属基复合材料(Metal MatrixComposite ;MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite ;CMC)、娃(Si)、憐化碘(IP)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、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)15其中可用以成长发光叠层的材料例如为蓝宝石、砷化镓或碳化硅。当基板10用以成长发光叠层，第一粘结层12可以用作成长发光叠层的缓冲层取代。
[0042]第一粘结层12可连接基板10与第一发光叠层14,以及包含多个附属层(未显示)。第一粘结层12的材料可为导电材料，包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ΑΤ0)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、氧化钇锌(YZO)、氧化铟锌(IZO)、类钻碳薄膜、铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、钼(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铅(Pb)、钯(Pd)、锗(Ge)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、猛(Mn)、铺(Sb)、秘(Bi)、镓(Ga)、钨(W)、银-钛(Ag-Ti)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、镍-锡(N1-Sn)、镍-钴(N1-Co)或金合金(Au alloy)等。缓冲层的材料可为半导体材料，包含一种以上的元素，此元素可选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、磷(P)、氮(N)、锌(Zn)、镉(Cd)与硒(Se)所构成的群组。第一粘结层12可更包含反射层(未显示)以反射发光叠层所产生之光。反射层的材料可包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、钼(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铅(Pb)、银-钛(Ag-Ti)、铜-锡(Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜 _ 铺(Cu-Cd)、锡 _ 铅 _ 铺(Sn-Pb-Sb)、锡 _ 铅 _ 锋(Sn-Pb-Zn)、镇 _ 锡(N1-Sn)、镇-钻(N1-Co)、银-铜(Ag-Cu)或金合金(Au alloy)
[0043]第一发光叠层14及/或第二发光叠层18可直接成长于基板10之上，或通过第一粘结层12固定于基板10之上。第一发光叠层14及第二发光叠层18的材料可为半导体材料，包含一种以上的元素，此元素可选自镓(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142与第二半导体层146的电性相异，第三半导体层182与第二半导体层186的电性相异。第一主动层144与第二主动层184可发光，其中第一主动层144具有第一能隙及第二主动层184具有第二能隙,此实施例中第一能隙不同于第二能隙。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，第一主动层144所产生之光是人眼无法辨识的不可见光，此实施例的不可见光波长约为小于400nm或大于780nm，较佳为介于780nm与2500nm之间或介于300nm与400nm之间，更佳为介于780nm与900nm之间。第二主动层184所产生之光是人眼可辨识的可见光，此实施例的可见光波长约介于400nm与780nm之间,较佳为介于560nm与750nm之间。另一实施例中，第一主动层144所产生之光具有一第一主波长，第二主动层184所产生之光具有一第二主波长，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。此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。
[0044]另一实施例中，第一主动层144由一第一量子阱与一第二量子阱交互堆叠形成，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.leV，第一量子阱能隙可小于或大于第二量子阱能隙。第二主动层184由一第三量子阱与一第四量子阱交互堆叠形成，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.leV，第一量子阱能隙可小于或大于第二量子阱能隙。
[0045]第一穿隧层16成长于第一发光叠层14之上，其掺杂浓度大于8X1018/cm3，所以电子可利用穿隧效应通过第一穿隧层16。第一穿隧层16的材料可为半导体材料，包含一种以上的元素，此元素可选自镓(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，第一穿隧层16可被一第二粘结层置换，以粘结第一发光叠层14与第二发光叠层18。第二粘结层的材料包含透明导电材料,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)、过氟环丁烧(PFCB)、环氧树脂(Epoxy)、丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(C0C)、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(Fluorocarbon Polymer)、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11用以传导电流，其材料包含GaP、AlxGa1^xAs (O≤x≤I)或 AlaGabIn1IbP (O ≤ a ≤ 1，O ≤ b ≤ 1，O ≤ a+b ≤ I)。
[0046]图2绘不一第一发光兀件2具有一基板10 ;—第一粘结层12,形成于基板10之上；一第一发光叠层21,形成于第一粘结层12之上；一第一穿隧层22,形成于第一发光叠层21之上；一第二发光叠层23,形成于第一穿隧层22之上；一第二穿隧层24,形成于第二发光叠层23之上；一第三发光叠层25，形成于第二穿隧层24之上；以及一接触层11，形成于第三发光叠层25之上。第一发光叠层21具有一第一主动层212 ;第二发光叠层23具有一第二主动层232 ；以及第三发光叠层25具有一第三主动层252。本实施例的第一发光兀件2具有三层发光叠层位于基板10之上，优点之一是第一发光元件2所产生的流明约等于三个传统发光元件的流明总和。此外，相较三个传统发光元件使用三块基板，因为第一发光元件2只使用一块基板，因此减少基板的使用量而降低制造成本。流明增加且成本降低，每块钱所产生的流明(流明/元)也因而增加。第一发光元件2的输入功率也大于传统发光元件。因为第一发光兀件2具有三层发光叠层且顺向电压增加,在输入与传统发光兀件相同的操作电流下，第一发光元件2的输入功率增加，所以第一发光元件2所产生的流明增加。此外，因为串联电阻大于片电阻，所以提升电流扩散。第一发光叠层21经电流通过的面积增加，发光效率因此提升。
[0047]此外，第一主动层212具有包含第一数量的多重量子阱对的第一多重量子阱结构，其中多重量子阱对包含一阱层与一阻障层，阻障层的能隙高于阱层的能隙。第二主动层232具有包含第二数量的多重量子阱对的第二多重量子阱结构。第三主动层252具有一第三多重量子阱结构，其中第三多重量子阱结构可发出一具有第四主波长的第四光，且具有一第三数量的多重量子阱对，第一数量、第二数量与第三数量皆不相同。另一实施例中，第一数量可大于第二数量且第二数量可大于第三数量。当第一数量、第二数量与第三数量的总合固定，此实施例的第一发光元件2的发光效率会高于第一数量、第二数量与第三数量皆相等的另一传统三接面发光元件的发光效率。例如第一数量、第二数量与第三数量的总合为15，此实施例的第一数量为7，第二数量为5，第三数量为3，第一多重量子阱结构、第二多重量子阱结构与第三多重量子阱结构所产生之光的流明与第一数量、第二数量和第三数量皆为5的传统双接面发光元件所产生之光的流明相同。然而因为第一发光元件2的第二数量或第三数量小于第一数量，较少的多重量子阱对可吸收第一多重量子阱结构所发之光，所以第一发光元件2的发光效率大于传统三接面发光元件的发光效率。
[0048]如图3所示，一发光装置4包含一载体40 ;第一发光元件I形成于载体40 —部分之上；以及一第二发光兀件3形成于载体40另一部分之上。第一发光兀件I具有可发出具有第一主波长的第一光的第一发光叠层14，以及可发出具有第二主波长的第二光的第二发光叠层18，其中第一主波长不同于第二主波长。第二发光元件3具有可发出具有第三主波长的第三光的第三发光叠层(未显示)，其中第三主波长可不同于第一主波长与第二主波长。因为第一光、第二光与第三光具有不同的主波长，可显不不同颜色，所以第一光、第二光与第三光混合所产生的混合光具有较好的演色性指数(CRI)。例如混合光是白光，白光具有第一光是红光；第二光是绿光；以及第三光是蓝光。另一实施例中，一波长转换层(未显示)可位于第二发光元件3之上，以致于所产生的第三光是色温约介于5700K与6500K之间的冷白光。第一发光元件I可射出主波长不同的第一光与第二光，第一光、第二光与第三光可混合后产生色温约介于2700K与3700K的暖白光，所以发光装置4的演色性指数较第一发光元件仅具有一种主波长的传统发光装置为佳。发光装置4的演色性指数至少为80，更佳为90，且红色指数R9至少为50。第一光与第二光可显示相同颜色，例如红色。一实施例中，第一主动层144具有一多重量子阱结构，多重量子阱结构由多个第一阱层与多个第一阻障层交互堆叠形成，第二主动层184具有另一多重量子阱结构，另一多重量子阱结构由多个第二阱层与多个第二阻障层交互堆叠形成。第一阱层与第二阱层的材料可由化学式InxGahP或InxGapxAs表示，且0〈χ〈1，其中第一阱层中x所显示铟的比例大于第二阱层。第一阱层中铟的比例与第二阱层中铟的比例差异约介于1%与6%，较佳为约介于2%与5%。第一主波长与第二主波长之差可约介于5纳米与30纳米，较佳为约介于10纳米与25纳米。此实施例中，第一主波长例如为615纳米至635纳米，第二主波长例如为605纳米至625纳米。
[0049]载体40可用以成长且/或支持位于其上的发光元件，其材料可为绝缘材料或导电材料。绝缘材料包含但不限于蓝宝石(Sapphire)、钻石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、压克力(Acryl)、氧化锌(ZnO)或氮化招(AlN)。导电材料包含但不限于铜(Cu)、招(Al)、类钻碳薄膜(Diamond Like Carbon ;DLC)、碳化娃(SiC)、金属基复合材料(MetalMatrix Composite ;MMC)、陶瓷基复合材料(Ceramic Matrix Composite ;CMC)、娃(Si)、憐化碘(IP)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)、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)15其中可用以成长发光叠层的材料例如为蓝宝石、砷化镓或碳化硅。
[0050]图4是绘示出一光源产生装置示意图，一光源产生装置5包含本发明任一实施例中的发光元件或发光装置。光源产生装置5可以是一照明装置，例如路灯、车灯或室内照明光源，也可以是交通号志或一平面显示器中背光模块的一背光光源。光源产生装置5具有前述发光装置组成的一光源51、一电源供应系统52以供应光源51—电流、以及一控制元件53，用以控制电源供应系统52。
[0051]图5是绘示出一背光模块剖面示意图，一背光模块6包含前述实施例中的光源产生装置5，以及一光学元件61。光学元件61可将由光源产生装置5发出的光加以处理，以应用于平面显示器，例如散射光源产生装置5发出的光。
[0052]上述实施例仅为例示性说明本申请案的原理及其功效，而非用于限制本申请案。任何本申请案所属【技术领域】中具有通常知识者均可在不违背本申请案的技术原理及精神的情况下，对上述实施例进行修改及变化。因此本申请案的权利保护范围如上述的申请专利范围所列。
【权利要求】
1.一发光装置，包含: 第一发光元件，包含: 第一多重量子阱结构，射出具有一第一主波长的第一光；以及 第二多重量子阱结构，位于该第一多重量子阱结构之上，射出具有第二主波长的第二光；以及 载体，承载该第一发光兀件； 其中该第一主波长与该第二主波长的差异是5纳米至30纳米。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中该第一多重量子阱结构位于该第二多重量子阱结构与该载体之间，该第一主波长大于该第二主波长。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中该第一多重量子阱结构包含第一数量的多重量子阱对，该第二多重量子阱结构包含第二数量的多重量子阱对，该第一数量不同于该第二数量。
4.如权利要求3所述的发光装置，其中该第一发光元件包含第三多重量子阱结构，该第三多重量子阱结构包含第三数量的多重量子阱对，该第三数量不同于该第二数量。
5.如权利要求4所述的发光装置，其中该第三多重量子阱结构射出一包含第三主波长的第三光，该第一主波长、该第二主波长与该第三主波长皆不同。
6.如权利要求1所述的发光装置，还包含第二发光元件，位于该载体之上，射出包含一第三主波长的第三光。
7.如权利要求6所述的发光装置，其中该第一光、该第二光与该第三光混合产生一混合光，该混合光的演色性指数是90以上。
8.如权利要求6所述的发光装置，其中该混合光的红色指数R9是50以上。
9.如权利要求6所述的发光装置，其中该第二主波长大于该第三主波长。
10.如权利要求6所述的发光装置，还包含一波长转换层位于该第二发光元件之上。
【文档编号】H01L33/08GK103840045SQ201310594256
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2012年11月21日
【发明者】谢明勋, 林义杰, 李荣仁 申请人:晶元光电股份有限公司