專利名稱：光電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種光電元件，尤其是一種具有多重量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管元件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)由于具有體積小、壽命長、驅(qū)動電壓低、耗電量低、反應(yīng)速度快、耐震性佳等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于如汽車、電腦、通訊與消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域中。
一般而言，發(fā)光二極管具發(fā)光層(Active layer),被兩種不同電性的覆蓋層(p-type & n-type cladding layers)所包夾而成。當(dāng)于兩覆蓋層上方的4妾觸電極施加驅(qū)動電流時，兩覆蓋層的電子與空穴會注入發(fā)光層，于發(fā)光層中結(jié)合而放出光線，其光線具全向性，會射出此發(fā)光二極管元件的各個表面。通常，發(fā)光層可為單一量子阱結(jié)構(gòu)層(SQW)或多重量子阱結(jié)構(gòu)層(MQW)。與單一量子阱結(jié)構(gòu)層(SQW)相較，多重量子阱結(jié)構(gòu)層(MQW)具有優(yōu)選的光電轉(zhuǎn)換效率，并且即使在電流很小時，它仍可以透過許多勢壘層及阱層堆疊而成的小能隙結(jié)構(gòu)，將電流轉(zhuǎn)換為光。
然而，多重量子阱結(jié)構(gòu)層容易受到載流子溢流與壓電場效應(yīng)的影響，使電子、空穴難以有效地被局限于多重量子阱結(jié)構(gòu)中進行結(jié)合，因而使發(fā)光二極管的發(fā)光效率難以提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種光電元件，包含n型覆蓋層；p型覆蓋層；以及發(fā)光層位于n型覆蓋層與p型覆蓋層之間，且發(fā)光層由多個勢壘層與多個阱層交錯堆疊而成的多重量子阱結(jié)構(gòu)；其中于最靠近p型覆蓋層的勢壘層摻入可以改變勢壘的雜質(zhì)，以形成勢壘調(diào)變層。
在本發(fā)明的一實施例中，上述勢壘調(diào)變層的勢壘大于其他勢壘層。形成勢壘調(diào)變層摻入的雜質(zhì)可為鋁(A1)原子，勢壘調(diào)變層的厚度可小于其他勢壘
3層或可小于或等于90埃。
在本發(fā)明的另一實施例中，上述勢壘調(diào)變層的勢壘小于其他勢壘層。形
成勢壘調(diào)變層所摻入的雜質(zhì)可為銦(In)原子。且勢壘調(diào)變層可以是一層或多層。
上述光電元件，由于具有靠近p型覆蓋層的勢壘調(diào)變層，其勢壘與發(fā)光層的其他勢壘層的勢壘不同，因此勢壘調(diào)變層可增加電子、空穴的結(jié)合機率，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附圖示，作詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明第一實施例的具有多重量子阱發(fā)光層的光電元件的示意圖。
圖2是圖1所示光電元件的勢壘圖。
圖3是本發(fā)明第二實施例的具有多重量子阱發(fā)光層的光電元件的勢壘圖。
圖4是本發(fā)明第三實施例的具有多重量子阱發(fā)光層的光電元件的勢壘圖。
圖5是本發(fā)明第四實施例的具有多重量子阱發(fā)光層的光電元件的勢壘圖。
圖6是本發(fā)明第五實施例的具有多重量子阱發(fā)光層的光電元件的勢壘圖。
圖7是本發(fā)明實施例的背光模塊結(jié)構(gòu)。圖8是本發(fā)明實施例的照明裝置結(jié)構(gòu)。
元件代表符號筒單說明10、 611、 711: 光電元件11: 第一接觸電極12、 22、 32、 42、 52: p型覆蓋層122:高勢壘區(qū)14: 發(fā)光層142、 242、 342、 442、 542
143、 243、 343、 443、 543
144、 244、 344、 444、 544
阱層
勢壘調(diào)變層 勢壘層
光源裝.
16、 26、 36、 46、 56 17: 第二接觸電極 600:背光模塊裝置 610、 710 620:
630、 720: 電源供應(yīng)系統(tǒng) 700: 照明裝置 730:控制元件
n型覆蓋層
光學(xué)裝.
具體實施例方式
圖1所示為本發(fā)明第一實施例，具有多重量子阱發(fā)光層的光電元件結(jié) 構(gòu)。光電元件IO為發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括p型覆蓋層12, n型覆蓋層16, 位于p型覆蓋層12與n型覆蓋層16之間的發(fā)光層14,位于p型覆蓋層12 上方的第一接觸電極11以及與n型覆蓋層16接觸的第二接觸電極17。其中 發(fā)光層14由多個阱層142與多個勢壘層144交錯堆疊而成的多重量子阱結(jié) 構(gòu)，并且于最靠近p型覆蓋層12的發(fā)光層14中的勢壘層，摻入可以改變其 勢壘的雜質(zhì)，以形成勢壘調(diào)變層143。當(dāng)于兩接觸電極ll、 17上施加驅(qū)動電 流時，p型覆蓋層12與n型覆蓋層16的空穴與電子會注入發(fā)光層14,于發(fā) 光層14中結(jié)合而》文出光線。
p型覆蓋層12、n型覆蓋層16以及發(fā)光層14可為氮化鎵系列的半導(dǎo)體， 例如p型覆蓋層12的材料為p型氮化鎵，n型覆蓋層16的材料為n型氮化 鎵，發(fā)光層14的阱層142的材料為氮化銦鎵，發(fā)光層14的勢壘層144的材 料為氮化鎵。再者，光電元件10還可在靠近發(fā)光層14的p型覆蓋層12的 區(qū)域，形成高勢壘區(qū)122，如圖2所示。高勢壘區(qū)122可通過摻入鋁(A1)原 子形成。
于本實施例中，發(fā)光層14中的阱層142有四層，勢壘層144有二層， 勢壘調(diào)變層143僅有一層；且相對于發(fā)光層14中的其他勢壘層144，勢壘調(diào) 變層143與p型覆蓋層12的距離較小。勢壘調(diào)變層143的勢壘與發(fā)光層14中的其他勢壘層144的勢壘不同；于優(yōu)選實施例中勢壘調(diào)變層143的勢壘大 于勢壘層144的勢壘，如圖2所示。勢壘調(diào)變層143可為摻入有鋁(A1)原子 的氮化鎵勢壘層。
相較于發(fā)光層14中的其他勢壘層144，勢壘調(diào)變層143具有較高的勢 壘，因此勢壘調(diào)變層143可抑制空穴載流子從靠近p型覆蓋層12的量子阱 溢流出，從而可增加電子、空穴的結(jié)合機率，提高光電元件10的發(fā)光效率。 此外，勢壘調(diào)變層143因摻入鋁(A1)原子而形成氮化鋁鎵，由于氮化鋁鎵的 晶格常數(shù)較氮化鎵小，而氮化銦鎵量子阱的晶格常數(shù)較氮化鎵大，因此摻入 鋁原子的調(diào)節(jié)勢壘層143可讓等效量子阱的晶格常數(shù)較容易與氮化鎵匹配， 從而減少壓電場對量子阱的影響，提升內(nèi)部量子效應(yīng)，進一步提高光電元件 10的發(fā)光效率。
圖3所示為本發(fā)明第二實施例的光電元件的勢壘示意圖。本實施例與第 一實施例的光電元件10的結(jié)構(gòu)相似，包括p型覆蓋層22， n型覆蓋層26, 位于p型覆蓋層22與n型覆蓋層26之間的發(fā)光層，發(fā)光層包括阱層242、 勢壘層244及勢壘調(diào)變層243,勢壘調(diào)變層243的勢壘大于勢壘層244的勢 壘；其不同點在于勢壘調(diào)變層243的厚度小于勢壘層244的厚度。勢壘調(diào)變 層243的厚度可小于或等于90埃。勢壘調(diào)變層243厚度較小可進一步增強 光電元件的發(fā)光效率；例如當(dāng)勢壘調(diào)變層243的厚度為90埃時，光電元件 的發(fā)光效率可達89%。
圖4所示為本發(fā)明第三實施例的光電元件的勢壘示意圖。本實施例與第 一實施例的光電元件10的結(jié)構(gòu)相似，包括p型覆蓋層32, n型覆蓋層36， 位于p型覆蓋層32與n型覆蓋層36之間的發(fā)光層，發(fā)光層包括阱層342、 勢壘層344及勢壘調(diào)變層343;其不同點在于勢壘調(diào)變層343的勢壘小于勢 壘層344的勢壘。勢壘調(diào)變層343摻入的雜質(zhì)可為銦(In)原子而形成氮化銦 鎵。勢壘調(diào)變層343相較于發(fā)光層中的其他勢壘層344具有較低的勢壘，因 此可以增加電子、空穴于勢壘調(diào)變層343結(jié)合的機率，提高光電元件的發(fā)光 效率，使得光電元件的發(fā)光效率可達到93%。
圖5所示為本發(fā)明第四實施例的光電元件的勢壘示意圖。本實施例與第 一實施例的光電元件10的結(jié)構(gòu)相似，包括p型覆蓋層42, n型覆蓋層46, 位于p型覆蓋層42與n型覆蓋層46之間的發(fā)光層，發(fā)光層由多個阱層442 與多個勢壘層444交錯堆疊而成的多重量子阱結(jié)構(gòu)，其不同點在于最靠近p型覆蓋層的兩層勢壘層摻入改變勢壘的雜質(zhì)，例如銦原子，以形成具多層結(jié)
構(gòu)的勢壘調(diào)變層443。勢壘調(diào)變層443的勢壘小于勢壘層444的勢壘。上述 具有多層結(jié)構(gòu)的勢壘調(diào)變層443的光電元件的發(fā)光效率可達到83%。勢壘調(diào) 變層443亦可多于兩層，且其摻入的雜質(zhì)亦可為鋁原子，而使得勢壘調(diào)變層 443的勢壘大于勢壘層444的勢壘。
圖6所示為本發(fā)明第五實施例的光電元件的勢壘示意圖。本實施例與第 四實施例的光電元件相似，包括p型覆蓋層52, n型覆蓋層56,位于p型覆 蓋層52與n型覆蓋層56之間的發(fā)光層，發(fā)光層包括阱層542、勢壘層544 及勢壘調(diào)變層543;其不同點在于每一勢壘調(diào)變層543的厚度小于勢壘層544 的厚度。
綜上所述，在本發(fā)明的光電元件，由于具有靠近p型覆蓋層的勢壘調(diào)變 層，其勢壘與發(fā)光層的其他勢壘層不同，因此勢壘調(diào)變層可增加電子、空穴 的結(jié)合機率，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
請參閱圖7，其顯示本發(fā)明實施例的背光模塊結(jié)構(gòu)。其中背光模塊裝置 600包含由本發(fā)明上述任意實施例的光電元件611所構(gòu)成的光源裝置610; 光學(xué)裝置620置于光源裝置610的出光路徑上，將光做適當(dāng)處理后出光；以 及電源供應(yīng)系統(tǒng)630,提供上述光源裝置610所需的電源。
請參閱圖8，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700 可以是車燈、街燈、手電筒、路燈、指示燈等等。其中照明裝置700包含 光源裝置710，由本發(fā)明上述的任意實施例的光電元件711所構(gòu)成；電源供 應(yīng)系統(tǒng)720,提供光源裝置710所需的電源；以及控制元件730控制電源輸 入光源裝置710。
雖然本發(fā)明已通過各實施例說明如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范 圍。對于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種光電元件，包含n型覆蓋層；p型覆蓋層；以及發(fā)光層，位于該n型覆蓋層與該p型覆蓋層之間，且該發(fā)光層由多個勢壘層與多個阱層交錯堆疊而形成多重量子阱結(jié)構(gòu)，其中該多重量子阱結(jié)構(gòu)包含勢壘調(diào)變層，該勢壘調(diào)變層為至少一層最靠近該p型覆蓋層的勢壘層，且包含雜質(zhì)使該勢壘調(diào)變層的勢壘與其他勢壘層的勢壘不同。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中該n型覆蓋層、該p型覆蓋層以 及該發(fā)光層為氮化鎵系列的半導(dǎo)體層；且該雜質(zhì)為鋁原子或銦原子。
3. 如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中該勢壘調(diào)變層的勢壘大于或小于 其他勢壘層。
4. 如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中該勢壘調(diào)變層的厚度小于其他勢壘層。
5. 如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中該勢壘調(diào)變層的厚度小于或等于 90埃。
6. 如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中該勢壘調(diào)變層可以是一層或多層。
7. 如權(quán)利要求1所述的光電元件，還包含于該p型覆蓋層中靠近該發(fā)光 層的區(qū)域，形成高勢壘區(qū)。
8. 如權(quán)利要求7所述的光電元件，其中該高勢壘區(qū)摻入鋁原子。
9. 一種背光模塊裝置包含光源裝置，由權(quán)利要求1 8所述的光電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。
10. —種照明裝置包含光源裝置，由權(quán)利要求1 8所述的光電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
一種光電元件，包含n型覆蓋層；p型覆蓋層；以及發(fā)光層，位于該n型覆蓋層與該p型覆蓋層之間。發(fā)光層由多個勢壘層與多個阱層交錯堆疊而成的多重量子阱結(jié)構(gòu)，其中于最靠近p型覆蓋層的勢壘層摻入可以改變其勢壘的雜質(zhì)，以形成勢壘調(diào)變層。上述元件具有提高發(fā)光效率的優(yōu)點。
文檔編號H01L33/00GK101667612SQ20081021283
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者吳欣顯, 朱瑞溢, 林義杰, 王俊凱, 許育賓, 郭政達 申請人:晶元光電股份有限公司