交流發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】一種交流發(fā)光裝置，包含多個(gè)發(fā)光單元，位于基板上。每個(gè)發(fā)光單元包含第一發(fā)光次單元、第二發(fā)光次單元及隧穿結(jié)層。其中隧穿結(jié)層位于第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元之間，用以電性耦合第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元。至少一個(gè)導(dǎo)電層電性連接這些發(fā)光單元，使得同一發(fā)光單元的第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元依交流電源正、負(fù)半周期電壓的驅(qū)動(dòng)而輪流發(fā)光。
【專利說明】交流發(fā)光裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流發(fā)光裝置，特別涉及一種使用垂直堆棧磊晶結(jié)構(gòu)的交流發(fā)光
>J-U ρ?α裝直。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]交流發(fā)光二極管模塊可直接被交流電源所驅(qū)動(dòng)，不需要使用直流電壓轉(zhuǎn)換器。于正半周期時(shí)，部分的發(fā)光二極管會(huì)導(dǎo)通發(fā)光，而另一部分的發(fā)光二極管則不導(dǎo)通；于負(fù)半周期時(shí)，則發(fā)光二極管的導(dǎo)通情形剛好相反。
[0003]交流發(fā)光二極管模塊一般采平面數(shù)組設(shè)計(jì)，即將所有發(fā)光二極管于水平方向相鄰設(shè)置于基板上。由于在某一時(shí)間點(diǎn)，僅有部分的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，另一部分則是閑置的，使得平均發(fā)光亮度無法提高，或者造成電路面積的浪費(fèi)。 [0004]因此亟需提出一種新穎的交流發(fā)光裝置，用以提高發(fā)光亮度或者減少電路面積。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述，本發(fā)明實(shí)施例提出一種交流發(fā)光裝置，其使用垂直堆棧磊晶結(jié)構(gòu)的發(fā)光單元，且使用隧穿結(jié)層以電性耦合垂直相鄰的磊晶結(jié)構(gòu)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，交流發(fā)光裝置包含基板、多個(gè)發(fā)光單元及至少一個(gè)導(dǎo)電層。這些發(fā)光單元分別位于基板上，每個(gè)發(fā)光單元包含第一發(fā)光次單元、第二發(fā)光次單元及隧穿結(jié)層。其中隧穿結(jié)層位于第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元之間，用以電性耦合第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元。導(dǎo)電層電性連接這些發(fā)光單元，使得同一發(fā)光單元的第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元依交流電源正、負(fù)半周期電壓的驅(qū)動(dòng)而輪流發(fā)光。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1A至圖1D顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的交流發(fā)光裝置。
[0008]圖2例示圖1A的另一種發(fā)光單元。
[0009]圖3Α至圖3D顯示第一實(shí)施例的并聯(lián)電性連接形式的實(shí)施結(jié)構(gòu)。
[0010]圖4Α至圖4D顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的交流發(fā)光裝置。
[0011]圖5顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的變化型。
[0012]參考標(biāo)記清單
[0013]100交流發(fā)光裝置
[0014]400交流發(fā)光裝置
[0015]I 發(fā)光單元
[0016]10 基板
[0017]11 第一發(fā)光次單元
[0018]IlA磊晶結(jié)構(gòu)
[0019]IlB磊晶結(jié)構(gòu)[0020]IlC隧穿結(jié)層
[0021]111第一摻雜層
[0022]112發(fā)光層
[0023]113第二摻雜層
[0024]114電極
[0025]115電極
[0026]12第二發(fā)光次單元
[0027]121第一摻雜層
[0028]122發(fā)光層
[0029]123第二摻雜層
[0030]124電極
[0031]125電極
[0032]13隧穿結(jié)層
[0033]14第一導(dǎo)電層
`[0034]15第一絕緣層
[0035]16第二導(dǎo)電層
[0036]17第二絕緣層
[0037]18導(dǎo)電層
[0038]19絕緣層
【具體實(shí)施方式】
[0039]圖1A至圖1D顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的交流發(fā)光裝置100，其中，圖1A及圖1B分別顯示交流發(fā)光裝置100受到交流電源正半周期電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的剖面圖及等效電路圖，圖1C及圖1D分別顯示交流發(fā)光裝置100受到交流電源負(fù)半周期電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的剖面圖及等效電路圖。
[0040]如圖1A所示，交流發(fā)光裝置100包含多個(gè)發(fā)光單元I (圖標(biāo)六個(gè))，分別位于基板10上(磊晶形成于基板10上或是置換基板而形成)。每個(gè)發(fā)光單元I包含垂直堆棧的第一發(fā)光次單元11及第二發(fā)光次單元12，以及位于第一發(fā)光次單元11及第二發(fā)光次單元12之間的隧穿結(jié)層13，用以電性耦合第一發(fā)光次單元11及第二發(fā)光次單元12。
[0041]第一發(fā)光次單元11包含至少一個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)(即發(fā)光二極管)，每個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)包含有第一摻雜層111、發(fā)光層112及第二摻雜層113,其中發(fā)光層112位于第一摻雜層111與第二摻雜層113之間，且第一摻雜層111與第二摻雜層113的電性相反(例如第一摻雜層111為η型摻雜，第二摻雜層113為P型摻雜，也可以是相反的情形)。類似的情形，第二發(fā)光次單元12包含至少一個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)，每個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)包含有第一摻雜層121、發(fā)光層122及第二摻雜層123,其中發(fā)光層122位于第一摻雜層121與第二摻雜層123之間，且第一摻雜層121與第二摻雜層123的電性相反(例如第一摻雜層121為η型摻雜，第二摻雜層123為ρ型摻雜，也可以是相反的情形)。由此，隧穿結(jié)層13電性耦合第一發(fā)光次單元11的第二摻雜層113以及第二發(fā)光次單元12的第一摻雜層121。
[0042]圖1A所示的第一發(fā)光次單元11與第二發(fā)光次單元12各包含一個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)，然而第一發(fā)光次單元11或第二發(fā)光次單元12也可包含多個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)，用以達(dá)到所需的順向偏壓或者所需的發(fā)光亮度。圖2例示圖1A的另一種發(fā)光單元1，其中第一發(fā)光次單元11包含有兩個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)IlA及11B，這兩個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)IlAUlB之間使用隧穿結(jié)層IlC進(jìn)行電性耦合。
[0043]在本實(shí)施例中，如圖1A所示，相鄰發(fā)光單元I之間的電性連接有兩種形式。第一種電性連接形式為并聯(lián)電性連接形式，用以將相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元I (如圖1A所示的左一及左二發(fā)光單元)個(gè)別的中間節(jié)點(diǎn)予以電性連接，本說明書所稱“中間節(jié)點(diǎn)”是指第一發(fā)光次單元11與第二發(fā)光次單元12之間互有電性耦合的區(qū)域，例如第一發(fā)光次單元11的第二摻雜層113及第二發(fā)光次單元12的第一摻雜層121，通過隧穿結(jié)層13而互有電性耦合的關(guān)系。第二種電性連接形式為交錯(cuò)(crossover)電性連接形式，用以將相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元I(如圖1A所示的左二及左三發(fā)光單元)的所有外部電極予以電性連接，本說明書所稱“外部電極”系是指與第一 /第二發(fā)光次單元11/12最靠近外部(或最遠(yuǎn)離隧穿結(jié)層13)的摻雜層接觸的電極。例如，與第二發(fā)光次單元12的第二摻雜層123接觸的電極124，或者與第一發(fā)光次單元11的第一摻雜層111接觸的電極114。至于與其它摻雜層接觸的電極，在本說明書中稱為“內(nèi)部電極”。上述并聯(lián)電性連接形式及交錯(cuò)電性連接形式交替使用于相鄰的發(fā)光單元I之間，因而形成本實(shí)施例的并聯(lián)交流發(fā)光裝置100。
[0044]上述第一種電性連接形式(即并聯(lián)電性連接形式)有以下幾種實(shí)施結(jié)構(gòu)。如圖3A所示，使用第一導(dǎo)電層14將相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元I位于中間節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)摻雜層(例如圖標(biāo)第二發(fā)光次單元12的第一摻雜層121)予以電性耦合。在另一個(gè)變化實(shí)施例中(如圖3B所不)，第一導(dǎo)電層14還通過相鄰的第二發(fā)光次單兀12的第一摻雜層121的內(nèi)部電極進(jìn)行電性耦合。相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元I之間位于第一導(dǎo)電層14下方的區(qū)域則填充以第一絕緣層15，其材質(zhì)可以為聚合物(polymer)、陶瓷材料(例如二氧化硅)或其任意組合。于本實(shí)施例的一范例中，第一絕緣層15為聚合物，因具有優(yōu)選的間隙填充特性，可形成厚度均勻(沒有空隙)的結(jié)構(gòu)。此外，第一導(dǎo)電層14及第一絕緣層15的截面形狀不一定是矩形的，也可以為多角形的截面，如圖3C所示。圖3D顯示第一種電性連接形式的另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施結(jié)構(gòu)中，第一導(dǎo)電層14將相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元I位于中間節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)摻雜層(例如圖標(biāo)第一發(fā)光次單元11的第二摻雜層113)予以電性耦合。
[0045]上述第二種電性連接形式(即交錯(cuò)電性連接形式)的實(shí)施結(jié)構(gòu)如圖1A所示，使用第二導(dǎo)電層16將相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元I (如圖1A所示的左二及左三發(fā)光單元)的所有(共四個(gè))外部電極114及124予以電性連接。此外，第二導(dǎo)電層16與發(fā)光單元I的側(cè)壁之間包含有第二絕緣層17。
[0046]本實(shí)施例的一個(gè)范例中，隧穿結(jié)層13包含四族元素與氮元素，即，由至少一個(gè)四族元素與氮元素所組成的化合物，且該四族元素與該氮元素的原子數(shù)占該隧穿結(jié)層總原子數(shù)百分比的50%以上。本實(shí)施例的另一個(gè)范例中，隧穿結(jié)層13可采用低溫(例如400~1000℃)工藝，其形成溫度小于相鄰磊晶結(jié)構(gòu)(例如第一發(fā)光次單元11及第二發(fā)光次單元12)的形成溫度。
[0047]本實(shí)施例的又一個(gè)范例中，隧穿結(jié)層13可為一種缺陷誘導(dǎo)(defect-1nduced)結(jié)構(gòu)，其提供的缺陷密度可大于成長(zhǎng)層(亦即隧穿結(jié)層13的底部)的缺陷密度的五倍以上。
[0048]本實(shí)施例的再一個(gè)范例中，隧穿結(jié)層13可為多層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選厚度小于或等于30納米。隧穿結(jié)層13可為無摻雜，或者是摻雜濃度小于相鄰磊晶結(jié)構(gòu)(例如第一發(fā)光次單元11及第二發(fā)光次單元12)的摻雜濃度。本實(shí)施例的再一個(gè)范例中，隧穿結(jié)層13可摻雜有碳元素，其摻雜濃度大于IO17原子/立方厘米，優(yōu)選范圍為1018?102°原子/立方厘米。
[0049]圖4A至圖4D顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的交流發(fā)光裝置400，其中，圖4A及圖4B分別顯示交流發(fā)光裝置400受到交流電源正半周期電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的剖面圖及等效電路圖，圖4C及圖4D分別顯示交流發(fā)光裝置400受到交流電源負(fù)半周期電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)的剖面圖及等效電路圖。
[0050]如圖4A所示，交流發(fā)光裝置400包含多個(gè)發(fā)光單元I (圖標(biāo)三個(gè))，分別位于基板10上(磊晶形成于基板10上或是置換基板而形成)。每個(gè)發(fā)光單元I的結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例，因此使用相同的組件符號(hào)，其細(xì)節(jié)不再贅述。
[0051]在本實(shí)施例中，如圖4A所示，相鄰發(fā)光單元I之間的電性連接為串/并聯(lián)電性連接形式，用以將一發(fā)光單元I (如圖4A所示的左二發(fā)光單元)的第一及第二發(fā)光次單元11及12的外部電極114及124予以串聯(lián)，再與相鄰發(fā)光單元I (如圖4A所示的左一光單元)位于中間節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部電極125進(jìn)行并聯(lián)。如圖4A所示，外部電極114及124串聯(lián)后與第二發(fā)光次單元12的第一摻雜層121接觸的內(nèi)部電極125進(jìn)行并聯(lián)。圖5顯示另一種變化實(shí)施例，外部電極114及124串聯(lián)后與第一發(fā)光次單元11的第二摻雜層113接觸的內(nèi)部電極115進(jìn)行并聯(lián)。
[0052]在本實(shí)施例中，如圖4A或圖5所示，使用導(dǎo)電層18將一個(gè)發(fā)光單元I的外部電極114、124與相鄰發(fā)光單元I的內(nèi)部電極125或115予以電性耦合。換句話說，相鄰發(fā)光單元I之間共有(僅有)三個(gè)電極(即，兩個(gè)外部電極與一個(gè)內(nèi)部電極)互相電性耦合。此外，導(dǎo)電層18與發(fā)光單元I的側(cè)壁之間包含有絕緣層19。
[0053]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種交流發(fā)光裝置，包含: 一個(gè)基板； 多個(gè)發(fā)光單元，分別位于該基板上，每個(gè)該發(fā)光單元包含: 一個(gè)第一發(fā)光次單元； 一個(gè)第二發(fā)光次單元；以及 一個(gè)隧穿結(jié)層； 其中該隧穿結(jié)層位于該第一發(fā)光次單元及該第二發(fā)光次單元之間，用以電性耦合所述第一發(fā)光次單元及所述第二發(fā)光次單元；及 至少一個(gè)導(dǎo)電層，電性連接所述多個(gè)發(fā)光單元，使得同一個(gè)所述發(fā)光單元的第一發(fā)光次單元及第二發(fā)光次單元依交流電源正、負(fù)半周期電壓的驅(qū)動(dòng)而輪流發(fā)光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光裝置，其中所述第一發(fā)光次單元或所述第二發(fā)光次單元包含至少一個(gè)磊晶結(jié)構(gòu)，且每個(gè)該磊晶結(jié)構(gòu)包含: 一個(gè)第一摻雜層； 一個(gè)`發(fā)光層；以及 一個(gè)第二摻雜層； 其中該發(fā)光層位于該第一摻雜層與該第二摻雜層之間，且所述第一摻雜層與所述第二摻雜層的電性相反，由此，所述隧穿結(jié)層電性耦合所述第一發(fā)光次單元的第二摻雜層以及所述第二發(fā)光次單元的第一摻雜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流發(fā)光裝置，其中所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元之間具有并聯(lián)電性連接機(jī)制，用以將所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元個(gè)別的中間節(jié)點(diǎn)予以電性連接，其中該中間節(jié)點(diǎn)指所述第一發(fā)光次單元與所述第二發(fā)光次單元之間互有電性耦合的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流發(fā)光裝置，其中所述中間節(jié)點(diǎn)所指稱電性耦合的區(qū)域包含所述第一發(fā)光次單元的第二摻雜層或所述第二發(fā)光次單元的第一摻雜層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流發(fā)光裝置，其中所述并聯(lián)電性連接機(jī)制包含: 一個(gè)第一導(dǎo)電層，將所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元位于所述中間節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)摻雜層予以電性耦合；以及 一個(gè)第一絕緣層，位于所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元之間且位于所述第一導(dǎo)電層下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流發(fā)光裝置，其中所述相應(yīng)摻雜層包含所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元的第二發(fā)光次單元的第一摻雜層，或是所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元的第一發(fā)光次單元的第二摻雜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流發(fā)光裝置，其中所述第一絕緣層包含聚合物、陶瓷材料或其任意組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流發(fā)光裝置，其中所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元之間具有交錯(cuò)電性連接機(jī)制，用以將所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元的所有外部電極予以電性連接，其中該外部電極指與所述第一、第二發(fā)光次單元最遠(yuǎn)離所述隧穿結(jié)層的摻雜層接觸的電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的交流發(fā)光裝置，其中所述外部電極包含所述第二發(fā)光次單元的第二摻雜層接觸的電極，或者與所述第一發(fā)光次單元的第一摻雜層接觸的電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的交流發(fā)光裝置，其中所述交錯(cuò)電性連接機(jī)制包含: 一個(gè)第二導(dǎo)電層，將所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元的所有外部電極予以電性連接；以及一個(gè)第二絕緣層，位于所述第二導(dǎo)電層與所述發(fā)光單元的側(cè)壁之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的交流發(fā)光裝置，其中所述外部電極包含所述相鄰發(fā)光單元的第一發(fā)光次單元的第一摻雜層接觸的電極，以及所述第二發(fā)光次單元的第二摻雜層接觸的電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流發(fā)光裝置，其中所述相鄰的兩個(gè)發(fā)光單元之間具有串/并聯(lián)電性連接機(jī)制，包含: 一個(gè)導(dǎo)電層，用以將某一個(gè)所述發(fā)光單元的第一及第二發(fā)光次單元的外部電極予以串聯(lián)，再與相鄰的一個(gè)所述發(fā)光單元位于中間節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部電極進(jìn)行并聯(lián)；以及 一個(gè)絕緣層，位于所述導(dǎo)電層與所述發(fā)光單元的側(cè)壁之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的交流發(fā)光裝置，其中所述中間節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部電極包含所述第二發(fā)光次單元的第一摻雜層接觸的電極，或是所述第一發(fā)光次單元的第二摻雜層接觸的電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光裝置，其中所述隧穿結(jié)層包含四族元素與氮元素，且該四族元素與該氮元素的原子數(shù)占所述隧穿結(jié)層總原子數(shù)百分比的50%以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光裝置，其中所述隧穿結(jié)層包含缺陷誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該缺陷誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)提供一缺陷密度大于所述隧穿結(jié)層的成長(zhǎng)面的缺陷密度的五倍以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流發(fā)光裝置，其中所述隧穿結(jié)層包含多層結(jié)構(gòu)，且該多層結(jié)構(gòu)的厚度小于或等于30納米，所述隧穿結(jié)層為無摻雜，或者是摻雜濃度小于相鄰所述第一發(fā)光次單元及所述第二發(fā)光次單元的摻雜濃度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的交流發(fā)光裝置，其中所述隧穿結(jié)層摻雜有碳元素，該碳元素的摻雜濃度大于IO17原子/立方厘米。
【文檔編號(hào)】H01L27/15GK103594572SQ201210291556
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月15日
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