发光元件及其制造方法技术

一种发光元件及其制造方法。具有发光外延结构的发光元件，该发光外延结构于反向偏压的条件下，于负１０微安培／毫米２的电流密度下，对应的临界反向电压的绝对值大于５０伏特；其中该发光外延结构于正向偏压的条件下，以１５０毫安培／毫米２的电流密度驱动时，具有至少５０流明／瓦特的发光效率。发光元件的制造方法，包含：提供基板；于第一生长条件下于该基板上生长第一外延层；于第二生长条件下于该第一外延层上生长工艺转换层；于第三生长条件下于该工艺转换层上生长第二外延层；其中该第一生长条件与该第三生长条件具有工艺变化；且该工艺转换层的导电率大于该第一外延层和／或该第二外延层的导电率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有高临界反向电压的。
技术介绍
发光二极管因其元件特性兼具有整流及发光之效果。当施加正向偏压(forward bias)于发光二极管时，发光二极管随施加的正向偏压提高，电流值亦急速上升，并发出特 定波长的光线，于此电流开始急速上升的电压值称为发光二极管的正向电压值(Forward Voltage ；Vf)；当施加反向偏压于发光二极管时，施加的反向偏压必须达到临界值，电流值 才会急速上升，于此电流开始急速上升的电压值称为发光二极管的反向电压值(Reverse Voltage ；Vr)。一般氮化镓系列发光二极管的反向电压值通常介于负15 20伏特左右，反向 电压值不佳的主因为外延薄膜本身具有许多缺陷，例如晶格错位(dislocation)、杂质 (Impurity)等造成许多漏电流路径(leakage path)，而造成元件无法承受较高的反向偏 压，且操作时容易因突然的高电压而崩溃失效。
技术实现思路
本专利技术提出一种具有高临界反向电压的。本专利技术在于提出一种发光元件，其具有发光外延结构，其中该发光外延结构于反 向偏压的条件下，于负10微安培/毫米2的电流密度下，对应的临界反向电压的绝对值大于 50伏特；其中该发光外延结构于正向偏压的条件下，以150毫安培/毫米2的电流密度驱动 时，具有至少50流明/瓦特的发光效率。本专利技术所指的“临界反向电压”定义为发光外延 结构于反向偏压的条件下，于负10微安培/毫米2的电流密度下，所测得的反向电压值。本专利技术的另一方面在于提出一种发光晶片，包含多个发光单元；其中于负10微安 培/毫米2的电流密度下，该多个发光单元的临界反向电压的绝对值的平均值至少大于50 伏特。本专利技术的另一方面在于提出一种交流式发光元件包含多个发光阵列结构形成于 基板上，各多个发光阵列结构由至少一个发光单元所组成；该发光阵列结构包括多个整流 发光阵列结构及至少一直流发光阵列结构；该各整流发光阵列结构包含第一数量的该发光 单元，并且该多个整流发光阵列结构排列成惠斯顿电桥形式，并且具有二输入端以接收交 流电源、以及二输出端以输出直流电源；其中该直流发光阵列结构包含第二数量的该发光 单元连接至该二输出端。其中该直流发光阵列结构的发光单元的数量占该交流式发光元件 的所有发光单元的数量的比例至少大于50%。本专利技术的又一方面在提出一种发光元件的制造方法，其步骤包含提供基板；于 第一生长条件下于该基板上生长第一外延层；于第二生长条件下于该第一外延层上生长工 艺转换层；于第三生长条件下于该工艺转换层上生长第二外延层；其中该第一生长条件与 该第三生长条件具有工艺变化；且该工艺转换层的导电率大于该第一外延层和/或该第二外延层的导电率。于本专利技术另一实施例中，发光元件的制造方法还包含于第四生长条件下于该工 艺转换层上形成第二工艺转换层；以及于第五生长条件下于该第二工艺转换层上形成第三 外延层；其中第三生长条件与第五生长条件具有工艺变化；且第二工艺转换层的导电率大 于第二外延层和/或第三外延层。附图说明图1显示依本专利技术发光元件的发光外延结构的第一实施例；图2显示依本专利技术发光元件的发光外延结构的第二实施例；图3显示依本专利技术发光元件的发光外延结构的第三实施例；图4显示依本专利技术的发光元件的第一实施例；图5显示依本专利技术的发光元件的第二实施例；图6显示依本专利技术实施例的电压_电流曲线图；图7A显示依本专利技术的交流式发光元件的上视图；图7B显示依本专利技术的交流式发光元件的电路示意图；图8显示依本专利技术的发光晶片的示意图。附图标记说明1、2、3:发光外延结构4a、4b:发光单元20 接触层31、33:工艺转换层40 :n型束缚层60 φ型束缚层70 第一连接层80 绝缘层81 发光单元AC:交流式电源El 直流发光阵列结构具体实施例方式图1披露依据本专利技术发光元件的发光外延结构的第一实施例，发光外延结构1包 括生长基板10、接触层20形成于生长基板10之上、工艺转换层31形成于接触层20之上、 η型束缚层(cladding layer) 40形成于工艺转换层31之上、有源层50形成于η型束缚层 40之上、以及ρ型束缚层60形成于有源层50之上。形成发光外延结构1的方法包括提供 生长基板10 ；接着，于生长基板10上以有机金属化学气相沉积法外延生长接触层20，如果 接触层20与生长基板10的晶格常数具有差异，可在接触层20与生长基板10之间生长晶 格缓冲层(未绘示)，其中晶格缓冲层的晶格常数介于接触层20与生长基板10之间以提高 外延品质及降低晶格缺陷。外延生长接触层20的条件，例如反应器温度设定值介于900 12000C ；反应器压力设定值介于300 450毫巴(mbar)；并于外延生长接触层20同时掺4、5、7 发光元件 10 生长基板 21 第一电极 32,34 第二工艺转换层 50 有源层 61 第二电极 71 第二连接层 8 发光晶片91 94 第一 第四导线垫 Rl、R2、R3、R4 整流发光阵列结构杂η型掺杂剂至介于1 X IO17 1 X IO18CnT3的掺杂浓度。于完成接触层20的生长后，接续 生长工艺转换层31及η型束缚层40 ；η型束缚层40具有η型掺杂剂及一掺杂浓度。其中 η型束缚层40以及接触层20于生长条件上具有工艺变化，或优选为剧烈变化，以致于直接 生长η型束缚层40于接触层20上时产生薄膜缺陷，导致外延品质降低。因此，工艺转换层 31的目的在修补工艺转换层31因其前后层的生长条件的工艺变化所造成的缺陷，进而提 高外延品质。于本专利技术的定义，“生长条件”一词为包括至少一工艺参数设定值选自于温度、 压力及气体流量及其它工艺参数设定值所组成的群组；“工艺变化”是指工艺转换层31之 前一层的生长条件，相较后一层的对应的生长条件，至少存在3%的差异；而“剧烈变化”是 指工艺转换层31之前一层的生长条件，相较后一层的对应的生长条件，至少存在10%的差 异。例如，η型束缚层40的反应器温度设定值介于700 IOOiTC ；反应器压力设定值介于 200 350毫巴，并且其温度设定值或压力设定值的至少其中之一与接触层20的对应设定 值差异至少3 %，或优选为差异至少10 %。工艺转换层31的生长条件大约介于接触层20及 η型束缚层40的对应生长条件之间；优选为接近η型束缚层40的生长条件；更优选为相同 于η型束缚层40的生长条件；并且工艺转换层31具有η型掺杂剂及一掺杂浓度大于接触 层20及η型束缚层40 二者之一的掺杂浓度，例如掺杂浓度介于5 X IO17 1 X 102°cnT3 ；优 选为，工艺转换层31的掺杂浓度大于接触层20及η型束缚层40的掺杂浓度，使得工艺转 换层31的导电率大于接触层20和/或η型束缚层40。于完成η型束缚层生长，接续生长 有源层50及ρ型束缚层60以完成发光元件的发光外延结构。 图2披露依据本专利技术发光元件的发光外延结构的第二实施例，发光外延结构2包 括生长基板10、接触层20形成于生长基板10之上、η型束缚层40形成于接触层20之上、 工艺转换层32形成于η型束缚层40之上、有源层50形成于工艺转换层32之上、以及ρ型 束缚层60形成于有源层50之上。与前述实施例(图1)的差异在于工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高反向电压值的发光元件，包含至少一发光单元，该发光单元包含发光外延结构，其中该发光外延结构于反向偏压的条件下，于负１０微安培／毫米２的电流密度下，对应的反向电压值的绝对值大于５０伏特。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张中英，黄文嘉，赖昭序，林天坤，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]