TW201336064A - 半導體發光元件及具有此半導體發光元件的發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種具有半導體發光元件的發光裝置，包括形成於同一成長基板上方的發光二極體及金屬半導體場效電晶體。其中，金屬半導體場效電晶體可透過控制通過發光二極體的電流，預防過熱及電壓不穩等狀況，並增強抵抗靜電放電的能力，多方面減少發光裝置的成本。

Description

半導體發光元件及具有此半導體發光元件的發光裝 置
本發明是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種整合發光二極體及金屬半導體場效電晶體於同一成長基板上的發光裝置。
現今的發光二極體(Light Emitting Diode；LED)多為利用半導體磊晶技術製作，其在順向偏壓下，可使電流通過其內部，而使得發光二極體內部的電子與電洞重合而發光。發光二極體在常溫下，具有壽命長、省電、污染低、輕薄短小、不易破損、開關速度高以及可靠性高等特色。也因此，愈來愈多發光裝置利用發光二極體做為發光元件。
不過，發光二極體的發光效率會受到溫度的影響而下降，並且於高溫時，在同樣電壓值下，使得更多的電流通過發光二極體時，產生更高的熱。如此惡性循環，不但耗費電力，亦使得發光二極體的壽命縮短。也因此，一般採用發光二極體的發光裝置，必須花費相當的額外成本於散熱上。
半導體磊晶技術亦可製作場效電晶體。美國專利第4,777,516號揭示先後形成於同一個成長基板上的三族砷化物發光二極體及場效電晶體，其場效電晶體由一砷化鎵層施以矽離子佈植而形成；美國專利第7,432,538號、美國專利第7,750,351號及美國專利第7,981,744號則揭示形 成於一個成長基板上的三族氮化物場效電晶體。
本發明提供一種半導體發光元件，是將發光二極體與金屬半導體場效電晶體形成於同一個成長基板上。
本發明提供一種發光裝置，其於同一個成長基板上形成發光二極體與金屬半導體場效電晶體，並且透過金屬半導體場效電晶體控制通過發光二極體的電流，以避免發光二極體因過熱而縮短壽命。
上述之半導體發光元件包括一種金屬半導體場效電晶體，形成於成長基板上，其中包括基底區塊、通道半導體區塊、源極半導體區塊、汲極半導體區塊、閘極電極、源極電極以及汲極電極。其中，通道半導體區塊形成於基底區塊上方，源極半導體區塊形成於通道半導體區塊上方之一端，汲極半導體區塊形成於通道半導體區塊上方相對於源極半導體區塊之另一端。閘極電極與通道半導體區塊形成蕭基接觸，而源極電極以及汲極電極分別與源極半導體區塊以及汲極半導體區塊形成歐姆接觸。
在本發明之一實施例中，上述之基底區塊為p型三五族半導體，並且通道半導體區塊、源極半導體區塊以及汲極半導體區塊為n型三五族半導體。
在本發明之一實施例中，上述之基底區塊為p型三族氮化物，並且通道半導體區塊、源極半導體區塊以及汲極半導體區塊為n型三族氮化物。
在本發明之一實施例中，上述之金屬半導體場效電晶體與成長基板之間，更包括主動層、第一半導體層以及緩衝層，其中第一半導體層為n型三五族半導體。
在本發明之一實施例中，上述之金屬半導體場效電晶體與成長基板之間，更包括主動層、第一半導體層以及緩衝層，其中第一半導體層為n型三族氮化物。
在本發明之一實施例中，上述之閘極電極材料係選擇自包括鎢、鉑、金、鎳、鋁之任一或組合，並且源極電極與汲極電極材料係選擇自包括鈦、鋁、鎳、金之任一或組合。
在本發明之一實施例中，上述之源極半導體區塊及汲極半導體區塊調整成與通道半導體區塊不同之掺雜濃度。
在本發明之一實施例中，上述之半導體發光元件更包括一種蕭基二極體，形成於成長基板上，其中包括陽極半導體區塊、陰極半導體區塊、陽極電極以及陰極電極。其中，陰極半導體區塊形成於陽極半導體區塊上方，而陽極電極以及陰極電極分別與陽極半導體區塊以及陰極半導體區塊形成蕭基接觸以及歐姆接觸。
本發明提出一種發光裝置，包括半導體發光元件、電路圖案以及電源。其中電路圖案將金屬半導體場效電晶體電性連接為電流穩定單元，並將電流穩定單元電性耦接於發光二極體；電源透過電路圖案電性連接發光二極體與電流穩定單元。其中，金屬半導體場效電晶體藉由其閘極的電壓，控制通過發光二極體的電流的大小。電流穩定單元 可進一步包括上述之蕭基二極體。
基於上述，本發明提出一種整合發光二極體及金屬半導體場效電晶體的半導體發光元件，以及包含上述半導體發光元件的發光裝置。透過金屬半導體場效電晶體耦接發光二極體，控制通過發光二極體的電流，以抑制發光二極體的溫度，使其不會因過熱而縮短壽命，並且減少發光裝置的散熱成本。更進一步，由於金屬半導體場效電晶體與發光二極體形成於同一個成長基板之上，節省了發光裝置的製造成本。以三族氮化物形成的金屬半導體場效電晶體可在高功率及高電壓下操作，尤其適用於交流及高壓發光裝置必備的整流及穩流電路，預防發光二極體順向電壓或市電電壓不穩等內部或外部狀況。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。並且，無論何處盡可能地使圖示中的相同的代號及描述參照至相同或相似的元件。
第一實施例
圖1繪示本發明一實施例的發光裝置100與金屬半導體場效電晶體M1的實體示意圖。請參照圖1，發光裝置100包括電流穩定單元110、電源120及二極體D1。其中，二極體D1為發光二極體，並且形成於成長基板10之上。成長基板10例如為一般用以形成發光二極體的藍寶石 (sapphire)基板。此外，在一般發光二極體的製程中，亦包括其它層，例如包括緩衝層20、第一半導體層30、主動層(Multiple Quantum Well；MQW)40、第二半導體層50、透明接觸層(Transparent Contact Layer；TCL)60。其中，緩衝層20通常透過例如氮化鋁(AlN)來形成。第一半導體層30可為n型三族氮化物；n型三族氮化物例如為n型氮化鎵(n-GaN)、n型氮化鋁鎵(n-AlGaN)或n型氮化銦鎵(n-InGaN)，但本發明不以此為限。第二半導體層50可為p型三族氮化物；p型三族氮化物例如為p型氮化鎵(p-GaN)、p型氮化鋁鎵(p-AlGaN)或p型氮化銦鎵(p-InGaN)，但本發明不以此為限。在本實施例中，利用蝕刻或其他技術，緩衝層20分離出第一緩衝區塊21以及第二緩衝區塊22，第一半導體層30分離出第一半導體區塊31以及第三半導體區塊32，主動層40分離出第一主動區塊41以及第二主動區塊42，第二半導體層50分離出第二半導體區塊51以及基底區塊52；第一主動區塊41以及第二半導體區塊51暴露出部份之第一半導體區塊31。第一半導體區塊31、第一主動區塊41、第二半導體區塊51、透明接觸層60、電極e1以及電極e2可重疊構成二極體D1；電極e1可透過透明接觸層60與第二半導體區塊51電性連接，而電極e2可與第一半導體區塊31電性連接。
電流穩定單元110包括電晶體M1，於本發明一實施例中，電晶體M1為透過類似於二極體D1的製程，於成長基板10上形成一種金屬半導體場效電晶體(Metal Semiconductor Field Effect Diode；MESFET)。於基底區塊52之上，再形成通道半導體區塊70，其中通道半導體區塊70可為n型三族氮化物。n型三族氮化物例如為n型氮化鎵(n-GaN)、n型氮化鋁鎵(n-AlGaN)或n型氮化銦鎵(n-InGaN)，但本發明不以此為限。基底區塊52與通道半導體區塊70為相反導電型時，二者之間形成一空乏區，可使電晶體M1與第二緩衝區塊22、第三半導體區塊32以及第二主動區塊42等下方各部份電性隔離。更進一步，於通道半導體區塊70上再形成一層半導體層80，透過例如蝕刻技術，形成分離的源極半導體區塊81及汲極半導體區塊82，其中半導體層80及其所形成的源極半導體區塊81及汲極半導體區塊82可為n型三族氮化物。n型三族氮化物例如為n型氮化鎵(n-GaN)、n型氮化鋁鎵(n-AlGaN)或n型氮化銦鎵(n-InGaN)，但本發明不以此為限。再接著，閘極電極e3與通道半導體區塊70形成蕭基接觸(Schottky contact)，並且源極電極e4與汲極電極e5分別與源極半導體區塊81及汲極半導體區塊82形成歐姆接觸(ohmic contact)。
承上所述，在本發明一實施例中，閘極電極e3材料係選擇自包括鎢、鉑、金、鎳、鋁之任一或組合，例如鎢(W)、鉑金(Pt/Au)合金、以及鎳鋁(Ni/Al)合金等，而源極電極e4與汲極電極e5材料係選擇自包括鈦、鋁、鎳、金之任一或組合，例如鈦鋁(Ti/Al)合金以及鈦鋁鎳金(Ti/Al/Ni/Au)合金等。
圖2繪示本發明一實施例的金屬半導體場效電晶體(亦即電晶體M1)的汲極電壓與電流關係的特性曲線。請一併參照圖1及圖2，於本實施例中，若電晶體M1的閘極電極e3的閘極電壓Vg為固定值，例如閘極電壓Vg為0時，並且若二極體D1的溫度升高使其順向電壓降低，造成電晶體M1的汲極電極e5的汲極電壓Vd升高至超過夾止電壓Vp時，電晶體M1會進入飽和區。接著，經過電晶體M1的電流ID，亦即為經過二極體D1的電流ID，則不再隨著汲極電壓Vd的升高而增大，直到超過臨界的崩潰電壓Vb1~Vb6為止。同理，當汲極電壓Vd因市電電壓突升或突降而波動時，電流ID也不致於隨之起伏。
根據圖2所顯示的特性曲線，在本發明一實施例中，電晶體M1處於飽和區時，抑制通過二極體D1的電流ID的效果，可利用控制電晶體M1的閘極電極e3的閘極電壓Vg達成。例如，若要使得電晶體M1處於飽和區時，通過二極體D1的電流ID較大，則設定較高的閘極電壓Vg，例如為0V。若要使得電晶體M1處於飽和區時，通過二極體D1的電流ID較小，則設定較低的閘極電壓Vg，例如為-2.5V。
另一方面，為直接透過製程達到抑制電流ID的效果，於本實施例中，可透過閘極電極e3與源極電極e4的直接電性耦接，使得電晶體M1固定作用在飽和區。此時，若二極體D1的溫度隨著環境溫度的上升而升高，造成汲極電壓Vd的電壓升高，電流ID則不會隨著汲極電壓Vd的 升高而改變，進而抑制了二極體D1的溫度再升高的現象。
在此附帶一提，半導體層80與通道半導體區塊70可以調整成例如為不同掺雜濃度之n型氮化鎵的半導體。於此，閘極電壓Vg為固定值的情況下，例如閘極電壓Vg固定為0V的情況下，可透過對通道半導體區塊70與半導體層80，進行不同濃度的掺雜，抑或是調整通道半導體區塊70的通道厚度(垂直成長基板方向)及寬度(垂直圖面方向)等，來達成控制電晶體M1處於飽和區時的電流ID的大小。
根據上述得知，若於成長基板10上，在形成二極體D1的同時，形成包括金屬半導體場效電晶體(亦即電晶體M1)的電流穩定單元。藉此，藉由調整電晶體M1的閘極電壓，可控制流過二極體D1的電流，以防止二極體D1因電流過大而發生過熱的情形。在此，於下以不同電路示意圖之實施例介紹更詳細的實施方式。
圖3A繪示本發明一實施例的發光裝置300的示意圖。請一併參照圖1與圖3A，圖3A實施例為圖1實施例的等效電路，在此相同的代號代表相同或相似的元件。本實施例中，發光裝置300包括電流穩定單元110、電源120及二極體D1。二極體D1為發光二極體，其接收並依據來自電源120的電流ID而發光，電流穩定單元110則串接於二極體D1與電源120之間。詳細而言，二極體D1的陽極電極e1耦接電源120的第一端。電流穩定單元110包括電晶體M1，其汲極電極e5耦接發光二極體D1的陰極電 極e2，並且電晶體M1的閘極電極e3耦接電晶體M1的源極電極e4。此外，電晶體M1的源極電極e4耦接電源120的第二端。在本發明一實施例中，電源120為直流電源，並且電源120的第一端為電源電壓，以及電源120的第二端為接地電壓。
圖3B繪示本發明一實施例的發光裝置300的另一示意圖。發光裝置300包括電流穩定單元110、電源120及二極體D1。本實施例與圖3A實施例大致相同，與圖3A實施例不同的是，電晶體M1進入飽和區時的電流大小主要透過閘極電極e3單獨接收控制電壓Vc來控制。
圖4繪示本發明一實施例的發光裝置400的示意圖。請參照圖4，發光裝置400包括電流穩定單元110、電源120及二極體D1。相較於圖3A實施例，本實施例的發光裝置400的電流穩定單元110更包括電晶體M2，串接在電晶體M1與電源120耦接的路徑上。電晶體M2的汲極耦接電晶體M1的源極，電晶體M2的閘極耦接電晶體M2的汲極而成為等效蕭基二極體，並且電晶體M2的源極耦接直流的電源120的第二端。藉由在電流穩定單元110中加入上述電晶體M2，增強發光裝置400抵抗靜電放電(Electro-Static Discharge；ESD)的能力。
附帶一提的是，電晶體M2可為如同電晶體M1的金屬半導體場效電晶體，並且形成於如圖1實施例的成長基板10上。
此外，請參照圖5，圖5繪示本發明一實施例的發光 裝置500的示意圖。發光裝置500包括電流穩定單元110、直流電源120及二極體D1。本實施例與圖4實施例大致相同，不同的是，在圖4實施例中電流穩定單元110的電晶體M2，於本實施例中亦可以蕭基二極體DS替代，其中蕭基二極體DS的陽極耦接電晶體M1的源極，並且蕭基二極體DS的陰極耦接電源120的第二端。
圖6繪示本發明一實施例的發光裝置600的示意圖。請參照圖6，發光裝置600包括電流穩定單元110、半波整流電壓源620以及至少一二極體D1。本實施例的半波整流電壓源620透過交流電源VA、至少一二極體D6及電壓延遲下降電路121，來形成直流電源。其中，二極體D6串接於交流電源VA的第一端與電壓延遲下降電路121之間。進一步來說，電壓延遲下降電路121包括電容C1及電阻R1，並且電容C1與電阻R1共同串接二極體D6的陰極與交流電源VA的第二端之間。在本發明一實施例中，至少一二極體D6可例如為數個串連的蕭基二極體，並且透過二極體D6與電壓延遲下降電路121的串接，形成半波峰值整流電路，以達成提供直流電源至二極體D1的目的。
圖7A繪示本發明一實施例的發光裝置700的示意圖。請參照圖7A，發光裝置700包括電流穩定單元110、全波整流電壓源720以及至少一二極體D1。發光裝置700的全波整流電壓源720如同圖6實施例的半波整流電壓源620一樣，亦提供直流電源至二極體D1。不同的是，本實施例的發光裝置700的全波整流電壓源720透過惠斯登電 橋(Wheatstone Bridge)整流電路122與電壓延遲下降電路121串接來達成。其中，惠斯登電橋整流電路122的輸入端耦接交流電源VA的兩端，並且電壓延遲下降電路121耦接惠斯登電橋整流電路122。此外，電壓延遲下降電路121包括電容C1與電阻R1，並且電容C1與電阻R1串接於惠斯登電橋整流電路122的兩個輸出端之間。
圖7B繪示圖7A實施例的惠斯登電橋整流電路122的示意圖。請參照圖7B，惠斯登電橋整流電路122包括整流二極體DA1、整流二極體DA2、整流二極體DA3以及整流二極體DA4，以及包括電流穩定單元1221、電流穩定單元1222、電流穩定單元1223及電流穩定單元1224。整流二極體DA1~DA4可為發光二極體或蕭基二極體，電流穩定單元1221~1224可調整通過整流二極體DA1~DA4的電流。其中，電流穩定單元1221~1224為如同圖3A、圖3B、圖4或圖5實施例的電流穩定單元110。
詳言之，整流二極體DA1的陽極耦接惠斯登電橋整流電路122的輸入端IN1(亦即，交流電源VA的第一端)，並且電流穩定單元1221串接於整流二極體DA1的陰極與惠斯登電橋整流電路122的輸出端O1之間；整流二極體DA2的陽極耦接惠斯登電橋整流電路122的第二輸入端IN2(亦即，交流電源VA的第二端)，並且電流穩定單元1222串接於整流二極體DA2的陰極與惠斯登電橋整流電路122的輸出端O1之間；整流二極體DA3的陽極耦接惠斯登電橋整流電路122的輸出端O2，並且電流穩定單元 1223串接於整流二極體DA3的陰極與惠斯登電橋整流電路122的輸入端IN2之間；整流二極體DA4的陽極耦接惠斯登電橋整流電路122的輸出端O2，並且電流穩定單元1224串接於整流二極體DA4的陰極與惠斯登電橋整流電路122的輸入端IN1之間。
值得一提的是，圖6實施例的電阻R1、電容C1及二極體D6，與圖7A實施例的電阻R1、電容C1及惠斯登電橋整流電路122中的二極體，皆可形成於如圖1實施例的成長基板10上。不過，由於電容C1於應用時，其電容值通常需要較寬的範圍以供調整，故電容C1亦可透過位於成長基板10的外部的電容來達成，以使得電容C1的電容值不受到製程的限制。此外，二極體D6與惠斯登電橋整流電路122中的二極體可透過如同圖1實施例的電晶體M1的金屬半導體場效電晶體來達成。其中，金屬半導體場效電晶體的閘極耦接至其汲極形成二極體的陽極，並且金屬半導體場效電晶體的源極形成二極體的陰極。再者，如圖7B所示，惠斯登電橋整流電路122中的整流二極體DA1~DA4亦可為形成於成長基板10上的發光二極體或是蕭基二極體。
圖8繪示本發明一實施例的發光裝置800的示意圖。請參照圖8，發光裝置800包括電流穩定單元110、電流穩定單元111、電源120、至少一二極體D1及至少一二極體D2。在本發明實施例中，電流穩定單元110可包括電晶體M1及M2，並且電流穩定單元111可包括電晶體M3及 M4。此外，電晶體M1、M2、M3及M4可為如圖1實施例的金屬半導體場效電晶體結構，並且形成於成長基板之上。電晶體M1及M3的汲極分別耦接二極體D1及D2的陰極，並且電晶體M2及M4的源極分別耦接電源120的第二端及第一端。於此，電晶體M1及M3的閘極個別耦接電晶體M1及M3的源極，電晶體M2及M4的汲極個別耦接電晶體M1及M3的源極，並且電晶體M2及M4的閘極個別偶接電晶體M2及M4的汲極。另外，二極體D1及D2皆可為發光二極體，形成在如圖1實施例的成長基板10之上。
在本實施例中，電源120為交流電源。於電源120的正電壓半周期時，電流ID的電流路徑從電源120的第一端，經過二極體D1及電流穩定單元110，至電源120的第二端。此時，若二極體D1為發光二極體時，即因電流ID的通過而發光。另一方面，電源120於負電壓半周期時，電流ID的電流路徑從電源120的第二端，經過二極體D2及電流穩定單元111，至電源120的第一端。此時，若二極體D2為發光二極體時，即因電流ID的通過而發光。
圖9繪示本發明一實施例的發光裝置900的示意圖。請參照圖9，發光裝置900包括電流穩定單元110、電流穩定單元111、電源120、至少一二極體D1及至少一二極體D2。發光裝置900與圖8實施例的發光裝置800相似。與圖8實施例不同的是，發光裝置900的二極體D1的陽極耦接二極體D2的陰極，並且二極體D1的陰極耦接二極體 D2的陽極。如此一來，在實體的配置上，二極體D1與D2形成的位置可以更具彈性。例如，如圖9所示，前述之至少一二極體D1與至少一二極體D2為複數個二極體D1及複數個二極體D2；其中，複數個二極體D1及D2皆為發光二極體，其可以成對交錯的方式配置。循此，不論交流的電源120於正電壓半周期或負電壓半周期，雖然複數個二極體D1與D2輪流發光，但由於光源緊密交織，而可模擬出更集中的連續光源的效果。
圖10繪示本發明一實施例的發光裝置1000的示意圖。請參照圖10，發光裝置1000包括電流穩定單元110及111、電源120以及至少一二極體D1、D2、D3、D4及D5。本實施例亦可參照至圖8實施例，相同的代號代表相同或相似的元件。其中，電流穩定單元110可包括電晶體M1及M2，並且電流穩定單元111可包括電晶體M3及M4。於此，電晶體M1及M3的閘極個別耦接電晶體M1及M3的源極，電晶體M2及M4的汲極個別耦接電晶體M1及M3的源極，並且電晶體M2及M4的閘極個別偶接電晶體M2及M4的汲極。
進一步說明，二極體D2的陽極耦接二極體D1的陰極，並且二極體D2的陰極耦接至電晶體M1的汲極。二極體D3的陽極耦接二極體D1的陰極，並且二極體D3的陰極耦接電晶體M3的汲極。二極體D4的陽極耦接電源120的第一端，並且二極體D4的陰極耦接二極體D1的陽極。此外，二極體D5的陽極耦接電源120的第二端，並 且二極體D5的陰極耦接二極體D1的陽極。
在本發明一實施例中，二極體D1為發光二極體，而二極體D2、D3、D4及D5可為發光二極體亦可為蕭基二極體，並且形成於如圖1實施例的成長基板上。在本實施例中，電源120為交流電源，電源120於正電壓半周期時，從電源120的第一端，經過二極體D4、D1及D2，並經過電流穩定單元110，至電源120的第二端形成電流ID的電流路徑。同樣的是，電源120於負電壓半周期時，從電源120的第二端、經過二極體D5、D1及D3，再經過電流穩定單元111，至電源120的第一端形成電流ID的另一電流路徑。由於本實施例中的電流路徑上有複數組的二極體，因此發光裝置1000可適用在高電壓的情況之下。
圖11繪示本發明一實施例的發光裝置1100的示意圖。請參照圖11，發光裝置1100包括電流穩定單元110、111、112、113、114及電源120以及至少一二極體D1、D2、D3、D4及D5。發光裝置1100與圖10實施例的發光裝置1000類似，相同的代號代表相同或相似的元件。與圖10實施例不同的是，發光裝置1100更包括電流穩定單元112、113及114。電流穩定單元112串接於二極體D4耦接二極體D1的路徑上，電流穩定單元113串接於二極體D5耦二極體D1的路徑上，並且電流穩定單元114串接於二極體D1耦接二極體D2的路徑上。
更進一步，電流穩定單元112、113及114分別包括電晶體M5、M7及M9。其中，電晶體M5及M7的汲極 分別耦接二極體D4及二極體D5的陰極，並且電晶體M9的汲極耦接二極體D1的陰極。此外，電流穩定單元112、113及114可分別包括電晶體M6、M8及M10，電晶體M6、M8的源極共同耦接電晶體D1的陽極，並且電晶體M10的源極耦接電晶體D2及D3的陽極。如同圖4實施例的電流穩定單元110一樣，電晶體M5、M7及M9的閘極個別耦接電晶體M5、M7及M9的源極。電晶體M6、M8及M10的汲極個別耦接電晶體M5、M7及M9的源極，並且電晶體M6、M8及M10的閘極個別耦接電晶體M6、M8及M10的汲極。
於本實施例中，二極體D1為發光二極體，而二極體D2~D5可為蕭基二極體。據此，發光裝置1100不但可應用於高電壓的情形之下，並且發光的位置，可更集中於二極體D1所配置的區域上。再者，D2~D5可透過如圖1實施例的金屬半導體場效電晶體M1所構成，其形成方式已於圖6與圖7A實施例中說明，在此不再重覆敘述。
在此附帶一提，圖8、圖9及圖10實施例的電晶體M2~M4，與圖11實施例的電晶體M2~M10，皆可如圖1實施例的電晶體M1同樣為金屬半導體場效電晶體，並形成於成長基板上。此外，圖8、圖9及圖10實施例的M2及M4，以及圖11實施例的電晶體M2、M4、M6、M8及M10，皆可以蕭基二極體代替，其耦接關係相似於圖5實施例關於蕭基二極體的說明，在此不再重複敘述。
另外，圖8、圖9及圖10實施例的電流穩定單元110 及111的M1及M3，以及圖11實施例的電流穩定單元112~114的M1、M3、M5、M7及M9，上述各電晶體可如同圖3B實施例，直接透過其閘極接收控制電壓，來控制通過發光裝置的發光二極體的電流大小。此外，上述各實施例的電流穩定單元110~114可依據實際應用的需求，其中的電晶體M1、M3、M5、M7及M9的數量，可只包括一個，或是在其它實施例中包括複數個疊加。
再者，上述各實施例的電流穩定單元110~114亦可依據實際應用的需求，其中用來抵抗靜電放電的電晶體M2、M4、M6、M8及M10，在其它實施例中亦可不提供，抑或是在其它實施例中，可提供例如複數個電晶體M2、M4、M6、M8及M10疊加於電流穩定單元110~114中。
綜上所述，本發明提供一種半導體發光元件，包括形成於同一個成長基板之上的發光二極體與金屬半導體場效電晶體。本發明亦提供一種發光裝置，包括發光二極體與電流穩定單元，其中的電流穩定單元包括前述之金屬半導體場效電晶體。透過控制金屬半導體場效電晶體的閘極電壓，或是將金屬半導體場效電晶體的閘極耦接至其源極，可限制流過發光二極體的電流，以避免發光二極體過熱而縮短壽命，並且減少發光裝置因散熱所需的成本。此外，本發明亦可將構成直流電源的元件，整合至半導體發光元件的成長基板上。如此一來，更可進一步節省製造發光裝置的成本。
第二實施例
圖12為本發明一實施例之發光裝置的示意圖。請參照圖12，本實施例之發光裝置2000包括成長基板S1、第一半導體層100A、形成於第一半導體層100A上方的主動層AL、形成於主動層AL上方的第二半導體層200A、形成於第二半導體層200A上方的第三半導體層300A以及形成於第三半導體層300A上方的第四半導體層400A。在本實施例中，成長基板S1可為藍寶石(sapphire)基板，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一半導體層100A、第二半導體層200A、第三半導體層300A及第四半導體層400A的材質可分別為n型、p型、n型及n型三族氮化物，但本發明不以此為限。n型三族氮化物例如n型氮化鎵(n-GaN)、n型氮化鋁鎵(n-AlGaN)或n型氮化銦鎵(n-InGaN)等，p型三族氮化物例如p型氮化鎵(p-GaN)、p型氮化鋁鎵(p-AlGaN)或p型氮化銦鎵(p-InGaN)等。主動層AL可具有多重量子井；換言之，主動層AL為發光層，其被致能時可發出光線。此外，本實施例之第四半導體層400A的摻雜濃度可大於第三半導體層300A的摻雜濃度。另外，本實施例之半導體發光元件2000可進一步包括形成於成長基板S1與第一半導體層100A之間的緩衝層BL；緩衝層BL的材質可為氮化鋁，但本發明不以此為限。
在本實施例中，第一半導體層100A分離出第一半導體區塊101a以及第三半導體區塊102a，主動層AL分離出第一主動區塊AL-1以及第二主動區塊AL-2，第二半導體 層200A分離出第二半導體區塊201a以及第一基底區塊202a，第三半導體層300A分離出通道半導體區塊301a，而第四半導體層400A分離出源極半導體區塊401a以及汲極半導體區塊402a。第一主動區塊AL-1以及第二半導體區塊201a暴露出部份之第一半導體區塊101a；源極半導體區塊401a以及汲極半導體區塊402a分別位於通道半導體區塊301a上方的相對二側，且暴露出部份之通道半導體區塊301a。第一半導體區塊101a、第一主動區塊AL-1、第二半導體區塊201a、透明接觸層TCL、電極e1以及電極e2可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成發光二極體LED；電極e1可透過透明接觸層TCL與第二半導體區塊201a電性連接，而電極e2可與第一半導體區塊101a電性連接。第一基底區塊202a、通道半導體區塊301a、源極半導體區塊401a、汲極半導體區塊402a、閘極電極e3、源極電極e4以及汲極電極e5可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成金屬半導體場效電晶體MESFET，且第三半導體區塊102a以及第二主動區塊AL-2與金屬半導體場效電晶體MESFET重疊；閘極電極e3可與被源極半導體區塊401a以及汲極半導體區塊402a所暴露出之通道半導體區塊301a形成蕭基接觸，而源極電極e4以及汲極電極e5可分別與源極半導體區塊401a以及汲極半導體區塊402a形成歐姆接觸。第一基底區塊202a與通道半導體區塊301a為相反導電型時，二者之間形成一空乏區，可使金屬半導體場效電晶體MESFET與下方之第三 半導體區塊102a以及第二主動區塊AL-2等各部份電性隔離。
本實施例之第一半導體層100A更可分離出第四半導體區塊103a、第五半導體區塊104a、第六半導體區塊105a以及第七半導體區塊106a。本實施例之主動層AL更可分離出第三主動區塊AL-3、第四主動區塊AL-4、第五主動區塊AL-5以及第六主動區塊AL-6。本實施例之第二半導體層200A更可分離出第二基底區塊203a、第三基底區塊204a、第四基底區塊205a以及第五基底區塊206a。本實施例之第三半導體層300A更可分離出第一陽極半導體區塊302a、第二陽極半導體區塊303a、第三陽極半導體區塊304a以及第四陽極半導體區塊305a。本實施例之第四半導體層400A更可分離出第一陰極半導體區塊403a、第二陰極半導體區塊404a、第三陰極半導體區塊405a以及第四陰極半導體區塊406a。
在本實施例中，第二基底區塊203a、第一陽極半導體區塊302a、第一陰極半導體區塊403a、陽極電極e6以及陰極電極e7可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成第一蕭基二極體DS1，且第四半導體區塊103a以及第三主動區塊AL-3與第一蕭基二極體DS1重疊。陽極電極e6可與第一陽極半導體區塊302a形成蕭基接觸；陰極電極e7可與第一陰極半導體區塊403a形成歐姆接觸。
在本實施例中，第三基底區塊204a、第二陽極半導體區塊303a、第二陰極半導體區塊404a、陽極電極e8以及 陰極電極e9可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成第二蕭基二極體DS2，且第五半導體區塊104a以及第四主動區塊AL-4與第二蕭基二極體DS2重疊。陽極電極e8可與第二陽極半導體區塊303a形成蕭基接觸；陰極電極e9可與第二陰極半導體區塊404a形成歐姆接觸。
在本實施例中，第四基底區塊205a、第三陽極半導體區塊304a、第三陰極半導體區塊405a、陽極電極e10以及陰極電極e11可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成第三蕭基二極體DS3，且第六半導體區塊105a以及第五主動區塊AL-5與第三蕭基二極體DS3重疊。陽極電極e10可與第三陽極半導體區塊304a形成蕭基接觸；陰極電極e11可與第三陰極半導體區塊405a形成歐姆接觸。
在本實施例中，第五基底區塊206a、第四陽極半導體區塊305a、第四陰極半導體區塊406a、陽極電極e12以及陰極電極e13可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成第四蕭基二極體DS4，且第七半導體區塊106a以及第六主動區塊AL-6與第四蕭基二極體DS4重疊。陽極電極e12可與第四陽極半導體區塊305a形成蕭基接觸；陰極電極e13可與第四陰極半導體區塊406a形成歐姆接觸。
在本實施例中，陽極電極e6、e8、e10以及e12材料係選擇自包括鎢、鉑、金、鎳、鋁之任一或組合，例如鎢(W)、鉑金(Pt/Au)合金、以及鎳鋁(Ni/Al)合金等，而陰極電極e7、e9、e11以及e13材料係選擇自包括鈦、鋁、鎳、金之任一或組合，例如鈦鋁(Ti/Al)合金以及鈦鋁鎳金 (Ti/Al/Ni/Au)合金等。
在本實施例中，第一半導體層100A更可選擇性地分離出半導體區塊107a。主動層AL更可選擇性地分離出主動區塊AL-7。第二半導體層200A更可選擇性地分離出基底區塊207a。第三半導體層300A更可選擇性地分離出半導體區塊306a。第四半導體層400A更可選擇性地分離出半導體區塊407a以及半導體區塊408a。半導體區塊407a以及半導體區塊408a分別位於半導體區塊306a上方的相對二側，且暴露出部份之半導體區塊306a。基底區塊207a、半導體區塊306a、半導體區塊407a、半導體區塊408a以及電極e14、e15、e16可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成第五蕭基二極體DS5，且半導體區塊107以及主動區塊AL-7與第五蕭基二極體DS5重疊。電極e14可與被半導體區塊407a以及半導體區塊408a所暴露出之半導體區塊306a形成蕭基接觸；電極e15以及電極e16可分別與半導體區塊407a以及半導體區塊408a形成歐姆接觸，且電極e14可電性連接電極e16。
本實施例之發光裝置2000更包括具有電極e17、e18之電容C、具有相對之二端T1、T2之電阻R、以及具有二端T3、T4之交流電源AC。值得一提的是，第一蕭基二極體DS1、第二蕭基二極體DS2、第三蕭基二極體DS3、第四蕭基二極體DS4、電容C、電阻R是用以達成全波峰值整流器之功能，進而使發光二極體LED可有效率地被交流電源AC所驅動。金屬半導體場效電晶體MESFET可對 發光二極體LED發揮限(電)流的功能，進而達到保護發光二極體LED的目的。此外，第五蕭基二極體DS5可增強抵抗靜電放電的能力。以下配合圖12及圖13說明交流電源AC、第一蕭基二極體DS1、第二蕭基二極體DS2、第三蕭基二極體DS3、第四蕭基二極體DS4、電容C、電阻R、第五蕭基二極體DS5、發光二極體LED、金屬半導體場效電晶體MESFET的電性連接方式。
圖13為圖12之發光裝置的等效電路圖。請參考圖12及圖13，第一蕭基二極體DS1之陽極電極e6與第三蕭基二極體DS3之陽極電極e10電性連接。第三蕭基二極體DS3之陰極電極e11與第四蕭基二極體DS4之陽極電極e12電性連接。第四蕭基二極體DS4之陰極電極e13與第二蕭基二極體DS2之陰極電極e9電性連接。第二蕭基二極體DS2之陽極電極e8與第一蕭基二極體DS1之陰極電極e7電性連接。交流電源AC之一端T3與第一蕭基二極體DS1之陰極電極e7電性連接。交流電源AC之一端T4與第三蕭基二極體DS3之陰極電極e11電性連接。第二蕭基二極體DS2之陰極電極e9與發光二極體LED之電極e1電性連接。發光二極體LED之電極e2與金屬半導體場效電晶體MESFET之汲極電極e5電性連接。金屬半導體場效電晶體MESFET之源極電極e4與閘極電極e3電性連接。金屬半導體場效電晶體MESFET之源極電極e4、閘極電極e3與第五蕭基二極體DS5之電極e14、電極e16電性連接。第五蕭基二極體DS5之電極e15與電容C之電極 e17電性連接。電容C之電極e17與電阻R之一端T1電性連接。電容C之電極e17與第一蕭基二極體D1之陽極電極e6電性連接。電阻R之一端T2與電容C之電極e18電性連接。電容C之電極e18與第四蕭基二極體DS4之陰極電極e13電性連接。
由圖12及圖13可知，本實施例之發光裝置2000可將全波峰值整流器的電路(其透過第一蕭基二極體DS1、第二蕭基二極體DS2、第三蕭基二極體DS3、第四蕭基二極體DS4、電容C、電阻R所形成)、限流的電路(其透過金屬半導體場效電晶體MESFET所形成)、抵抗靜電放電的電路(透過第五蕭基二極體DS5所形成)整合在同一成長基板S1上。
如圖12所示，在本實施例中，電阻R及電容C可與金屬半導體場效電晶體MESFET、發光二極體LED等元件製作在同一基板(即成長基板S1)上。具體而言，本實施例之發光裝置2000可進一步包括設置於電容C之電極e17與電極e18之間的第一絕緣層GI1。與電極e17、電極e18重疊之部分第一絕緣層GI1與電極e17、電極e18可構成上述之電容C。發光裝置2000更包括第二絕緣層GI2。第二絕緣層GI2可形成於金屬半導體場效電晶體MESFET、第一蕭基二極體DS1、第二蕭基二極體DS2、第三蕭基二極體DS3、第四蕭基二極體DS4以及第五蕭基二極體DS5上方或側面，且電極e17形成於第二絕緣層GI2上方。另一方面，本實施例之電阻R可形成在第一絕緣層GI1與第 二絕緣層GI2之間。
然而，本發明之電容及電阻的形成位置不限於上段所述。圖14為本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。在圖14所示之實施例中，電阻R之電極T1與電容C之電極e17可共同形成在第四半導體層400A及第二絕緣層GI2的同一表面上。圖15為本發明又一實施例之發光裝置的示意圖。在圖15所示之實施例中，電阻R之電極T1與電容C之電極e17可共同形成在成長基板S1及第二絕緣層GI2的同一表面上。
此外，本發明之電容亦可不與金屬半導體場效電晶體MESFET、發光二極體LED等元件形成在同一基板上。換言之，在其他實施例中，電容可採用外接的方式與金屬半導體場效電晶體MESFET、發光二極體LED等元件連接。以下配合圖式具體說明之。
圖16為本發明再一實施例之發光裝置的示意圖。圖16所示之發光裝置2000A與圖12所示之發光裝置2000類似，二者之差異僅在於發光裝置2000A之電容C形成在另一基板上。電容C與其他構件之電性連接方式皆與對發光裝置2000所描述的相同，於此便不再重述。
請參照圖16，圖16所標示之LED係代表圖12中之發光二極體LED，圖16所標示之1000A係代表圖12中除發光二極體LED、電容C之外的其他構件。圖16所示之發光裝置2000A更包括具有複數個凹陷H1之附屬基板S2，而電容C可形成在凹陷H1中。電容C可透過外接的 方式與發光二極體LED及其他構件1000A電性連接。
圖17為圖16之附屬基板與電容的剖面示意圖。請參照圖17，在發光裝置2000A中，附屬基板S2更包括絕緣層GI3。絕緣層GI3形成在凹陷H1中。電容C形成在絕緣層GI3上方。詳言之，電容C之電極e17、電極e18以及第一絕緣層GI1形成在絕緣層GI3上方。在本實施例中，凹陷H1之形狀並不特別侷限，而可視實際的製程需求而定。此外，附屬基板S2上之凹陷H1的形狀可相同或相異。附屬基板S2例如為矽基板，但本發明不以此為限。
值得一提的是，由於電容C是形成在另一基板(即附屬基板S2)的凹陷H1中，其電極e17、e18的表面積可增加，而加大電容C的電容值，進而使發光裝置2000A的電氣性能更佳。
另外，本實施例之附屬基板S2可具有複數個凸部P。由其他構件1000A(包括金屬半導體場效電晶體MESFET、第一蕭基二極體DS1、第二蕭基二極體DS2、第三蕭基二極體DS3、第四蕭基二極體DS4以及電阻R)和發光二極體LED所構成之晶粒1000B可耦接於凸部P上。發光二極體LED所發出至少部分光線可被凹陷H1散射而離開發光裝置2000A。換言之，附屬基板S2之凹陷H1除了可提升發光裝置2000A的電氣性能外，更可進一步地提升發光裝置2000A的光學性能。
然而，附屬基板S2與晶粒1000B的相對位置並不限於圖16中所示。圖18為本發明一實施例之發光裝置的示 意圖。圖18所示之發光裝置2000B與發光裝置2000A類似，惟附屬基板S2係設置於晶粒1000B旁。圖19為本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。圖19所示之發光裝置2000C與發光裝置2000A類似，惟附屬基板S2係環繞晶粒1000B。
圖20為本發明另一實施例之發光裝置的示意圖。圖20所示之發光裝置2000D與發光裝置2000A類似，惟發光裝置2000D可不包括附屬基板S2，電容C可為一市售電容。此市售電容可透過外接的方式與晶粒1000B電性連接。
第三實施例
圖21為本發明一實施例之發光裝置的示意圖。請參照圖21，本實施例之發光裝置3000包括成長基板S1、第一半導體層100B、形成於第一半導體層100B上方的第二半導體層200B、形成於第二半導體層200B上方的第三半導體層300B以及形成於第三半導體層300B上方的第四半導體層400B。在本實施例中，第四半導體層400B分離出第一半導體區塊401b、源極半導體區塊402b以及汲極半導體區塊403b，主動層AL形成於第一半導體區塊401b上方，而第二半導體區塊500B形成於主動層AL上方；第三半導體層300B分離出第三半導體區塊301b以及通道半導體區塊 302b，第二半導體層200B分離出第四半導體區塊201b以及基底區塊202b，而第一半導體層100B分離出第五半導體區塊101b以及第六半導體區塊102b。主動層AL以及第二半導體區塊500B暴露出部份之第一半導體區塊401b；源極半導體區塊402b以及汲極半導體區塊403b分別位於通道半導體區塊302b上方的相對二側，且暴露出部份之通道半導體區塊302b。
在本實施例中，成長基板S1可為藍寶石(sapphire)基板，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一半導體層100B的材質可以是未摻雜(undoped)之三族氮化物，例如未摻雜之氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化銦鎵(InGaN)等，但本發明不以此為限。在本實施例中，第二半導體層200B的材質可為半絕緣(semi-insulated)之三族氮化物，例如半絕緣之氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化銦鎵(InGaN)等，但本發明不以此為限。在本實施例中，第三半導體層300B、第四半導體層400B及第五半導體層500B的材質可分別為n型、n型及p型三族氮化物，但本發明不以此為限。n型三族氮化物例如n型氮化鎵(n-GaN)、n型氮化鋁鎵(n-AlGaN)或n型氮化銦鎵(n-InGaN)等，p型三族氮化物例如p型氮化鎵(p-GaN)、p型氮化鋁鎵(p-AlGaN)或p型氮化銦 鎵(p-InGaN)等。主動層AL可具有多重量子井；換言之，主動層AL為發光層，其被致能時可發出光線。此外，本實施例之第四半導體層400A的摻雜濃度可大於第三半導體層300A的摻雜濃度。
在本實施例中，第一半導體區塊401b、主動層AL、第二半導體區塊500B、透明接觸層TCL、電極e1以及e2電極可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成發光二極體LED，且第三半導體區塊301b、第四半導體區塊201b以及第五半導體區塊101b與發光二極體LED重疊；電極e1可透過透明接觸層TCL與第二半導體區塊500B電性連接，而電極e2可與第一半導體區塊401b電性連接。基底區塊202b、通道半導體區塊302b、源極半導體區塊402b、汲極半導體區塊403b、閘極電極e3、源極電極e4以及汲極電極e5可在垂直遠離成長基板S1的方向DI上重疊構成金屬半導體場效電晶體MESFET，且第六半導體區塊102b與金屬半導體場效電晶體MESFET重疊；閘極電極e3可與被源極半導體區塊402b以及汲極半導體區塊403b所暴露出之通道半導體區塊302b形成蕭基接觸，而源極電極e4以及汲極電極e5可分別與源極半導體區塊402b以及汲極半導體區塊403b形成歐姆接觸。基底區塊202b例如為半絕緣之三族氮化物 時，可使金屬半導體場效電晶體MESFET與下方之第六半導體區塊102b等各部份電性隔離。
另外，本實施例之發光裝置3000可進一步包括形成於成長基板S1與第一半導體層100B之間的緩衝層BL；緩衝層BL的材質可為氮化鋁，但本發明不以此為限。緩衝層BL分離出第一緩衝區塊BL-1與第二緩衝區塊BL-2；第一緩衝區塊BL-1在方向DI上和發光二極體LED重疊，第二緩衝區塊BL-2在方向DI上和金屬半導體場效電晶體MESFET重疊。在本實施例中，成長基板S1具有複數個凹陷H2，凹陷H2在方向DI上和發光二極體LED重疊，第一緩衝區塊BL-1可填入凹陷H2中。然而，本發明之成長基板S1的結構並不限於圖21所示，在本發明之另一實施例中，成長基板S1朝向發光二極體LED及金屬半導體場效電晶體MESFET的表面可全面性地具有複數個凹陷H2，以利製程的進行。換言之，在此實施例中，凹陷H2在方向DI上可與發光二極體LED及金屬半導體場效電晶體MESFET重疊。在本發明之又一實施例中，成長基板S1朝向發光二極體LED及金屬半導體場效電晶體MESFET的表面亦可為整面平整的表面。
圖22為圖21之發光裝置的等效電路圖。請參照圖21及圖22，本實施例之發光裝置3000更具有直流電源DC。直流電源DC具有正極以及負極。直流電源DC之正極與發光二極體LED之電極e1電性連接。發光二極體LED之電極e2與金屬半導體場效電晶體MESFET之汲極電極e5 電性連接。金屬半導體場效電晶體MESFET之閘極電極e3與源極電極e4電性連接。金屬半導體場效電晶體MESFET之源極電極e4與直流電源DC之負極電性連接。值得一提的是，閘極電極e3與源極電極e4電性連接的金屬半導體場效電晶體MESFET可對發光二極體LED產生限流的效果，進而達到保護發光二極體LED的目的。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、2000、2000A、2000B、2000C、2000D、3000‧‧‧ 發光裝置
110~114‧‧‧電流穩定單元
120‧‧‧電源
D1~D6‧‧‧二極體
M1~M10‧‧‧電晶體
10‧‧‧成長基板
20‧‧‧緩衝層
21‧‧‧第一緩衝區塊
22‧‧‧第二緩衝區塊
30‧‧‧第一半導體層
31‧‧‧第一半導體區塊
32‧‧‧第三半導體區塊
40‧‧‧主動層
41‧‧‧第一主動區塊
42‧‧‧第二主動區塊
50‧‧‧第二半導體層
51‧‧‧第二半導體區塊
52‧‧‧基底區塊
60‧‧‧透明接觸層
70‧‧‧通道半導體區塊
80‧‧‧半導體層
81‧‧‧源極半導體區塊
82‧‧‧汲極半導體區塊
e1、e2‧‧‧電極
e3‧‧‧閘極電極
e4‧‧‧源極電極
e5‧‧‧汲極電極
ID‧‧‧電流
Vd、Vg、Vc‧‧‧電壓
Vb1~Vb6‧‧‧崩潰電壓
DS‧‧‧蕭基二極體
VA‧‧‧交流電源
121‧‧‧電壓延遲下降電路
122‧‧‧惠斯登電橋整流電路
C1‧‧‧電容
R1‧‧‧電阻
620‧‧‧半波整流電壓源
720‧‧‧全波整流電壓源
DA1~DA4‧‧‧整流二極體
1221~1224‧‧‧電流穩定單元
IN1、IN2‧‧‧輸入端
O1、O2‧‧‧輸出端
1000A‧‧‧其他構件
1000B‧‧‧晶粒
100A、100B‧‧‧第一半導體層
101a‧‧‧第一半導體區塊
101b‧‧‧第五半導體區塊
102a‧‧‧第三半導體區塊
102b‧‧‧第六半導體區塊
103a‧‧‧第四半導體區塊
104a‧‧‧第五半導體區塊
105a‧‧‧第六半導體區塊
106a‧‧‧第七半導體區塊
107a‧‧‧半導體區塊
200A、200B‧‧‧第二半導體層
201a‧‧‧第二半導體區塊
201b‧‧‧第四半導體區塊
202a‧‧‧第一基底區塊
202b‧‧‧基底區塊
203a‧‧‧第二基底區塊
204a‧‧‧第三基底區塊
205a‧‧‧第四基底區塊
206a‧‧‧第五基底區塊
207a‧‧‧基底區塊
300A、300B‧‧‧第三半導體層
301a‧‧‧通道半導體區塊
301b‧‧‧第三半導體區塊
302a‧‧‧第一陽極半導體區塊
302b‧‧‧通道半導體區塊
303a‧‧‧第二陽極半導體區塊
304a‧‧‧第三陽極半導體區塊
305a‧‧‧第四陽極半導體區塊
306a‧‧‧半導體區塊
400A、400B‧‧‧第四半導體層
401a‧‧‧源極半導體區塊
401b‧‧‧第一半導體區塊
402a‧‧‧汲極半導體區塊
402b‧‧‧源極半導體區塊
403a‧‧‧第一陰極半導體區塊
403b‧‧‧汲極半導體區塊
404a‧‧‧第二陰極半導體區塊
405a‧‧‧第三陰極半導體區塊
406a‧‧‧第四陰極半導體區塊
407a‧‧‧半導體區塊
408a‧‧‧半導體區塊
500B‧‧‧第二半導體區塊
AL‧‧‧主動層
AL-1‧‧‧第一主動區塊
AL-2‧‧‧第二主動區塊
AL-3‧‧‧第三主動區塊
AL-4‧‧‧第四主動區塊
AL-5‧‧‧第五主動區塊
AL-6‧‧‧第六主動區塊
AL-7‧‧‧主動區塊
AC‧‧‧交流電源
BL‧‧‧緩衝層
BL-1‧‧‧第一緩衝區塊
BL-2‧‧‧第二緩衝區塊
C‧‧‧電容
DI‧‧‧方向
DC‧‧‧直流電源
e6、e8、e10、e12‧‧‧陽極電極
e7、e9、e11、e13‧‧‧陰極電極
e14~e18‧‧‧電極
GI1‧‧‧第一絕緣層
GI2‧‧‧第二絕緣層
GI3‧‧‧絕緣層
H1、H2‧‧‧凹陷
LED‧‧‧發光二極體
MESFET‧‧‧金屬半導體場效電晶體
P‧‧‧凸部
R‧‧‧電阻
S1‧‧‧成長基板
S2‧‧‧附屬基板
DS1‧‧‧第一蕭基二極體
DS2‧‧‧第二蕭基二極體
DS3‧‧‧第三蕭基二極體
DS4‧‧‧第四蕭基二極體
DS5‧‧‧第五蕭基二極體
T1、T2、T3、T4‧‧‧端
TCL‧‧‧透明接觸層
圖1繪示本發明一實施例的發光裝置100的實體示意圖。
圖2繪示本發明一實施例的金屬半導體場效電晶體的閘極電壓與電流關係的特性曲線。
圖3A繪示本發明一實施例的發光裝置300的示意圖。
圖3B繪示本發明一實施例的發光裝置300的另一示意圖。
圖4繪示本發明一實施例的發光裝置400的示意圖。
圖5繪示本發明一實施例的發光裝置500的示意圖。
圖6繪示本發明一實施例的發光裝置600的示意圖。
圖7A繪示本發明一實施例的發光裝置700的示意圖。
圖7B繪示圖7A實施例的惠斯登電橋整流電路122 的示意圖。
圖8繪示本發明一實施例的發光裝置800的示意圖。
圖9繪示本發明一實施例的發光裝置900的示意圖。
圖10繪示本發明一實施例的發光裝置1000的示意圖。
圖11繪示本發明一實施例的發光裝置1100的示意圖。
圖12為本發明一實施例之發光裝置2000的示意圖。
圖13為圖12之發光裝置2000的等效電路圖。
圖14為本發明一實施例之發光裝置2000的另一示意圖。
圖15為本發明一實施例之發光裝置2000的又一示意圖。
圖16為本發明一實施例之發光裝置2000A的示意圖。
圖17為圖16之附屬基板與電容的剖面示意圖。
圖18為本發明一實施例之發光裝置2000B的示意圖。
圖19為本發明一實施例之發光裝置2000C的示意圖。
圖20為本發明一實施例之發光裝置2000D的示意圖。
圖21為本發明一實施例之發光裝置3000的示意圖。
圖22為圖21之發光裝置3000的等效電路圖。
100‧‧‧發光裝置
110‧‧‧電流穩定單元
120‧‧‧電源
M1‧‧‧電晶體
10‧‧‧成長基板
20‧‧‧緩衝層
21‧‧‧第一緩衝區塊
22‧‧‧第二緩衝區塊
30‧‧‧第一半導體層
31‧‧‧第一半導體區塊
32‧‧‧第三半導體區塊
40‧‧‧主動層
41‧‧‧第一主動區塊
42‧‧‧第二主動區塊
50‧‧‧第二半導體層
51‧‧‧第二半導體區塊
52‧‧‧基底區塊
60‧‧‧透明接觸層
70‧‧‧通道半導體區塊
80‧‧‧半導體層
81‧‧‧源極半導體區塊
82‧‧‧汲極半導體區塊
e1、e2‧‧‧電極
e3‧‧‧閘極電極
e4‧‧‧源極電極
e5‧‧‧汲極電極
D1‧‧‧二極體
ID‧‧‧電流

Claims (25)

  1. 一種半導體發光元件，該半導體發光元件包括：一成長基板；至少一發光二極體，形成於該成長基板上，該發光二極體包括第一半導體區塊，一主動區塊形成於該第一半導體區塊上方，以及第二半導體區塊形成於該主動區塊上方；以及至少一金屬半導體場效電晶體，形成於該成長基板上，該金屬半導體場效電晶體包括一基底區塊、一通道半導體區塊及一閘極電極、一源極半導體區塊及一源極電極、一汲極半導體區塊及一汲極電極，其中該閘極電極與該通道半導體區塊形成蕭基接觸，且該源極電極及汲極電極分別與該源極半導體區塊及該汲極半導體區塊形成歐姆接觸；其中該源極半導體區塊及該汲極半導體區塊係形成於該通道半導體區塊上方，且該通道半導體區塊係形成於該基底區塊上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該第一半導體區塊、該第二半導體區塊、該通道半導體區塊、該源極半導體區塊及該汲極半導體區塊之材料係包括三五族半導體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該第一半導體區塊、該第二半導體區塊、該通道半導體區塊、該源極半導體區塊及該汲極半導體區塊之材料係包 括三族氮化物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該第二半導體區塊及該基底區塊係由同一半導體層分離而成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該第一半導體區塊、該源極半導體區塊及該汲極半導體區塊係由同一半導體層分離而成，且該基底區塊為三五族半導體。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該通道半導體區塊、該源極半導體區塊及該汲極半導體區塊之摻雜濃度不同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，其中該閘極電極之材料係選擇自包括鎢、鉑、金、鎳、鋁之任一或組合，並且該源極電極及該汲極電極之材料係選擇自包括鈦、鋁、鎳、金之任一或組合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件，更包括至少一蕭基二極體，形成於該成長基板上，該蕭基二極體包括：陽極半導體區塊；陰極半導體區塊形成於該陽極半導體區塊上方；陽極電極與該陽極半導體區塊形成蕭基接觸；以及陰極電極與該陰極半導體區塊形成歐姆接觸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體發光元件，其中該陽極電極之材料係選擇自包括鎢、鉑、金、鎳、鋁之 任一或組合，並且該陰極電極之材料係選擇自包括鈦、鋁、鎳、金之任一或組合。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之半導體發光元件，其中該蕭基二極體係由該金屬半導體場效電晶體之該閘極電極耦接該金屬半導體場效電晶體之該汲極電極而成。
  11. 一種發光裝置，該發光裝置包括：如申請專利範圍第1或8項所述之半導體發光元件；一電路圖案，將該金屬半導體場效電晶體電性連接為一電流穩定單元，並將該電流穩定單元電性耦接於該發光二極體；以及一電源，透過該電路圖案電性耦接該發光二極體與該電流穩定單元。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該電路圖案係將該金屬半導體場效電晶體之該閘極電極電性耦接該金屬半導體場效電晶體之該源極電極。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該金屬半導體場效電晶體之該閘極電極係接收一控制電壓。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該電流穩定單元係包括該蕭基二極體。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，更包括一電壓延遲下降電路，該電壓延遲下降電路係由一電容與一電阻並聯而成，該電容具有第一電極、第二電極以及第一絕緣層形成於該第一電極及該第二電極間。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之發光裝置，更包括 第二絕緣層，其中該電容形成於該第二絕緣層上方。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之發光裝置，其中該第二絕緣層形成於該金屬半導體場效電晶體或該蕭基二極體上方或側面。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之發光裝置，其中該第二絕緣層形成於該成長基板上方。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之發光裝置，更包括一附屬基板具有複數個凹陷，其中該第二絕緣層設置於該些凹陷。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之發光裝置，其中該半導體發光元件係耦接於該附屬基板之至少一凸部，其中該發光二極體所發出至少部分光線係被該附屬基板之凹陷散射而離開該發光裝置。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之發光裝置，其中該附屬基板係環繞該半導體發光元件。
  22. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該發光二極體為複數個，且當該電源為一交流電源時，該複數個發光二極體之至少其中之一僅於正電壓半週期導通，其餘則僅於負電壓半週期導通。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之發光裝置，其中該僅於正電壓半週期導通之發光二極體與該僅於負電壓半週期導通之發光二極體係成對交錯配置。
  24. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，更包括一惠斯登電橋整流電路，該惠斯登電橋整流電路包括該發 光二極體或該蕭基二極體。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之發光裝置，其中該惠斯登電橋整流電路更包括該電流穩定單元。
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