TWI430474B - 發光元件 - Google Patents

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Description

發光元件
本發明係關於一光電元件，尤其關於一種具有磁性薄膜之發光元件。
發光二極體(Light-emitting Diode；LED係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接面係形成於p型與n型半導體層之間。當於p-n接面上施加一定程度之偏壓時，p型半導體層中之電洞與n型半導體層中之電子會結合而釋放出光。此光產生之區域一般又稱為發光區(light-emitting region)。
LED的主要特徵在於尺寸小、發光效率高、壽命長、反應快速、可靠度高和色度良好，目前已經廣泛地使用在電器、汽車、招牌和交通號誌上。隨著全彩LED的問世，LED已逐漸取代傳統的照明設備，如螢光燈和白熱燈泡。
上述發光二極體可進一步地經由焊塊或膠材將基板與一基座連接，以形成一發光裝置。另外，基座更具有至少一電路，經由一導電結構，例如金屬線，電連接發光裝置之電極。
一發光元件，包含一基板與一發光疊層形成於基板之上；其中發光疊層包含一第一半導體層，一第一活性層位於第一半導體層之上，一磁性薄膜位於第一活性層之上，一第二活性層位於磁性薄膜之上，以及一第二半導體層位於第二活性層之上。
本發明之實施例會被詳細地描述，並且繪製於圖式中，相同或類似的部分會以相同的號碼在各圖式以及說明中出現。
如第1圖所示，第一實施例之一發光元件1包含一基板10，以及一發光疊層，形成於基板10之上；其中所述發光疊層可例如為包含一第一半導體層11，第一活性層12位於第一半導體層11之上，一磁性薄膜13位於第一活性層12之上，一第二活性層14位於磁性薄膜13之上，以及一第二半導體層15位於第二活性層14之上。第二半導體層15可為p型半導體層或n型半導體層，第二半導體層15與第一半導體層11電性相異。一第一電極16形成於基板10之下，一第二電極17形成於第二半導體層15之上。
基板10可用以成長及/或支持發光疊層。其材料可為透明或絕緣材料，例如為藍寶石(Sapphire)、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(AlN)等。基板10之材料亦可為高散熱或反射材料，包含銅(Cu)、鋁(Al)、鉬 (Mo)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、鎳-錫Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)、金合金(Au alloy)、類鑽碳薄膜(Diamond Like Carbon；DLC)、石墨(Graphite)、碳化矽(SiC)、碳纖維、矽(Si)、磷化碘(IP)、硒化鋅(ZnSe)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、磷化銦(InP)、鎵酸鋰(LiGaO2 )或鋁酸鋰(LiAlO2 )。其中可用以成長發光疊層之材料例如為藍寶石(Sapphire)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等。
第一半導體層11、第一活性層12、第二活性層14或第二半導體層15用以產生光，其材料包含一種以上之元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)或硒(Se)所構成之群組。磁性薄膜13之材料包含磁性材料，例如環戊二烯基鐵(Fe(C5 H5 )2 )。磁性薄膜13用以產生一磁場，在第一活性層12與第二活性層14中流動的正負載子與磁場交互作用產生一勞倫茲感應力。勞倫茲感應力會影響正負載子使其沿著類似螺旋狀的軌跡運動，增加正負載子在第一活性層12與第二活性層14流動的時間，進而增加正負載子在第一活性層12與第二活性層14複合的機率，提升發光效率。磁性薄膜層13可以有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)機台成長，成長溫度低於1000℃,較佳為在700℃~900℃之間；磊晶成長的過程中必須通入氨氣與氮氣到反應腔內，反應腔內的壓力低於500torr，較佳的壓力範圍在100~300torr。磁性薄膜層13的總厚度小於0.1μm，較佳為小於0.02μm，並可隨著元件的結構而作調整。而磁性薄膜13之材料除了環戊二烯基鐵(Fe(C5 H5 )2 )外，也可以選用環戊二烯基鈷(Co(C5 H5 )2 )或環戊二烯基鎳(Ni(C5 H5 )2 )以及環戊二烯基鉻(Cr(C5 H5 )2 )。
第一電極16與第二電極17用以接受外部電壓，其材料可以為透明導電材料或金屬材料。透明導電材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鋅鎵(GZO)、氧化鋅(ZnO)、砷鎵化鋁(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)或磷化鎵砷(GaAsP)。金屬材料包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鍺(Ge)、鎳(Ni)、鉻 (Cr)、鎘 (Cd)、鈷 (Co)、錳 (Mn)、銻 (Sb)、鉍(Bi)、鎵(Ga)、鉈(Tl)、釙(Po)、銥(Ir)、錸(Re)、銠 (Rh)、鋨(Os)、鎢 (W)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋯(Zr)、鉬 (Mo)、鑭(La)、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(Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)、銀化銦(InAg)、金化銦(InAu)、鈹化金(AuBe)、鍺化金(AuGe)、鋅化金(AuZn)、錫化鉛(PbSn)、銦化鈀(PdIn)或錫化金(AuSn)。
如第2圖所示，第二實施例之一發光元件2包含一基板20，以及一發光疊層，形成於基板20之上；其中所述發光疊層可包含一第一半導體層21，一第一活性層22位於第一半導體層21之上，一磁性薄膜23位於第一活性層22之上，一第二活性層24位於磁性薄膜23之上，以及一第二半導體層25位於第二活性層24之上；其中部分之發光疊層被移除以裸露出部分之第一半導體層21。第二半導體層25可為p型半導體層或n型半導體層，第二半導體層25與第一半導體層21電性相異。一第一電極26形成於第一半導體層21之上，一第二電極27形成於第二半導體層25之上。
第3圖係繪示出一光源產生裝置示意圖，一光源產生裝置3包含本發明任一實施例中之發光元件或發光元件陣列。光源產生裝置3可以是一照明裝置，例如路燈、車燈或室內照明光源，也可以是交通號誌或一平面顯示器中背光模組的一背光光源。光源產生裝置3包含前述發光元件或發光元件陣列組成之一光源31、一電源供應系統32以供應光源31一電流、以及一控制元件33，用以控制電源供應系統32。
第4圖係繪示出一背光模組剖面示意圖，一背光模組4包含前述實施例中的光源產生裝置3，以及一光學元件41。光學元件41可將由光源產生裝置3發出的光加以處理，以應用於平面顯示器，例如散射光源產生裝置3發出的光。
惟上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化。因此本發明之權利保護範圍如後述之申請專利範圍所列。
1、2．．．發光元件
10、20．．．基板
11、21．．．第一半導體層
12、22．．．第一活性層
13、23．．．磁性薄膜
14、24．．．第二活性層
15、25．．．第二半導體層
16、26．．．第一電極
17、27．．．第二電極
3．．．光源產生裝置
31．．．光源
32．．．電源供應系統
33．．．控制元件
4．．．背光模組
41．．．光學元件
圖式用以促進對本發明之理解，係本說明書之一部分。圖式之實施例配合實施方式之說明以解釋本發明之原理。
第1圖係依據本發明之第一實施例之剖面圖。
第2圖係依據本發明之第二實施例之剖面圖。
第3圖係為示意圖，顯示利用本發明實施例所組之一光源產生裝置之示意圖。
第4圖係為示意圖，顯示利用本發明實施例所組成之一背光模組之示意圖。
1．．．發光元件
10．．．基板
11．．．第一半導體層
12．．．第一活性層
13．．．磁性薄膜
14．．．第二活性層
15．．．第二半導體層
16．．．第一電極
17．．．第二電極

Claims (11)

  1. 一種具有磁性薄膜之發光元件，包含：一基板；以及一發光疊層，包含：一第一活性層，位於該基板之上方；一第二活性層，位於該第一活性層之上方；以及一磁性薄膜，位於該第一活性層與該第二活性層之間。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之發光元件，該發光疊層更包含：一第一半導體層，位於該基板與該第一活性層之間；以及一第二半導體層，位於該第二活性層之上。
  3. 一種具有磁性薄膜之發光元件，包含：一基板；以及一發光疊層位於該基板之上，其中該發光疊層包含：一第一活性層，位於該基板之上方；一第二活性層，位於該第一活性層之上方；以及一磁性薄膜，位於該第一活性層與該第二活性層之間。
  4. 如專利申請範圍第3項所述之發光元件，該發光疊層包含：一第一半導體層，位於該基板與該第一活性層之間；以及一第二半導體層，位於該第二活性層之上。
  5. 如專利申請範圍第1項或第3項所述之發光元件，其中該基板之材料選自由藍寶石(Sapphire)、鑽石(Diamond)、玻璃(Glass)、石英(Quartz)、氧化鋅(ZnO)與氮化鋁(AlN)所構成之群組。
  6. 如專利申請範圍第1項或第3項所述之發光元件，其中該基板之材料選自由銅(Cu)、鋁(Al)、鉬 (Mo)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、鎳-錫(Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)、金合金 (Au alloy)、類鑽碳薄膜(Diamond Like Carbon；DLC)、石墨(Graphite)、碳化矽(SiC)、碳纖維、矽(Si)、磷化碘(IP)、硒化鋅(ZnSe)、砷化鎵(GaAs)、碳化矽(SiC)、磷化鎵(GaP)、氮化鎵(GaN)、磷砷化鎵(GaAsP)、硒化鋅(ZnSe)、磷化銦(InP)、鎵酸鋰(LiGaO2 )與鋁酸鋰(LiAlO2 )所構成之群組。
  7. 如專利申請範圍第1項或第3項所述之發光元件，其中該磁性薄膜之材料選自由環戊二烯基鐵(Fe(C5 H5 )2 )、環戊二烯基鈷(Co(C5 H5 )2 )、環戊二烯基鎳(Ni(C5 H5 )2 )與環戊二烯基鉻(Cr(C5 H5 )2) 所構成之群組。
  8. 如專利申請範圍第1項或第3項所述之發光元件，其中該第一活性層或第二活性層之材料包含一種以上之元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、磷(P)、氮(N)、鋅(Zn)、鎘(Cd)與硒(Se)所構成之群組。
  9. 一種光源產生裝置，包含：至少一光源，由至少一具有磁性薄膜之發光元件組成；一電源供應系統，用以供應該至少一光源一電流；以及一控制元件，用以控制該電源供應系統；其中，該具有磁性薄膜之發光元件至少包含：一基板；以及一發光疊層位於該基板之上，其中該發光疊層包含：一第一活性層，位於該基板之上方；一第二活性層，位於該第一活性層之上方；以及一磁性薄膜，位於該第一活性層與該第二活性層之間。
  10. 如專利申請範圍第9項所述之光源產生裝置，更包含一光學元件，用以散射該至少一光源發出的光。
  11. 如專利申請範圍第9項或第10項所述之光源產生裝置，其中 該磁性薄膜之材料選自由環戊二烯基鐵(Fe(C5 H5 )2 )、環戊二烯基鈷(CO(C5 H5 )2 )、環戊二烯基鎳(Ni(C5 H5 )2 )與環戊二烯基鉻(Cr(C5 H5 )2) 所構成之群組。
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