[发明专利]发光元件

说明书

技术领域

本发明揭示一种发光元件结构，特别是关于发光元件的发光层与发光元 件沿外延生长方向的光强度分布(Wave Intensity Distribution)曲线峰值区域在 空间上不互相重叠的结构。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)的发光原理是利用电子在n型半 导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原 理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发 光二极管具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明 市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具。

如图1A所示，已知的发光二极管100包含基板10、位于基板10上的 外延结构12，以及至少一位于外延结构12上的电极14；此外延结构12还 包含第一导电型半导体层120、发光层122，以及第二导电型半导体层124 由上而下堆叠而成；其中，发光层122的结构通常为多重量子阱(Multiple Quantum Well，MQW)结构。

图1B为已知发光二极管100的能隙示意图。如图1B所示，已知的发 光二极管100发光层122的结构由数个量子势垒层(quantum barrier layer)130 与量子阱层(quantum well layer)132交互排列而组成，其中量子阱层132通常 采用能隙(band-gap)较势垒层130小的材料。然而，此量子阱层132除了发 出光线外，当具有与量子阱层132所发出光线波长相同或更短的光线通过量 子阱层132时，此量子阱层132亦会吸收此通过的光线；上述量子阱层132 吸光的情形存在于氮化镓(GaN)系列与磷化铝镓铟(AlGaInP)系列材料的发光 元件中，特别是磷化铝镓铟系列材料的吸光情形尤为明显。

此外，为了提高发光二极管100的内部量子效率，发光层122多为20 至100层的量子势垒层(quantum barrier layer)130与量子阱层(quantum well layer)交错堆叠的结构；因此，发光层124所发出的光线被其自身的量子阱 层132所吸收的情况亦随着量子阱层132堆叠层数与厚度增加而更加明显。

图1C为对应已知的发光二极管外延结构12的光强度分布曲线图，如图 所示，已知的发光二极管100沿外延生长方向A具有光强度分布曲线B，此 强度分布曲线B具有峰值区域，此所谓的峰值区域指光强度分布曲线中，强 度大于分布曲线最大光强度的百分之九十的区域(图中虚线B1与虚线B2与 强度分布曲线所构成的区域)，其中峰值区域与发光层122位置相互重叠； 此外，通过计算光强度分布曲线B中对应发光层122空间位置的面积(图中 斜线区域)占分布曲线总面积的比例可以得到发光层122的光局限因子 (Optical Confinement Factor，τ_{active layer})，如图所示，已知结构的光局限因子 约为百分之六十；综上所述，由于大多数发光叠层12所发出的光线大多局 限于发光层122所在的位置，再加上发光层122的材料容易吸收光线，使发 光二极管100的发光效率无法有效提高。

为了解决上述问题，本发明便提出一种发光二极管结构，以减少光线被 发光层吸收的机率，由此提高光提取效率。

发明内容

本发明的目的之一是提供发光元件结构，此发光元件结构沿外延生长方 向的光强度曲线的峰值区域与发光层位置在空间上不相互重叠。

本发明的另一目的是提供发光元件结构，其发光层不位于发光元件结构 沿外延生长方向的光强度分布曲线峰值区域，以减少发光层材料吸光的问 题，并且提高发光元件的光提取效率。

本发明的再一目的是提供发光元件结构，其发光层的光局限因子(τ_activelayer)小于百分之六十。

以下通过具体实施例配合附图详加说明，当更容易了解本发明的目的、 技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1A为已知发光二极管的结构示意图。

图1B为已知发光二极管的能隙(band-gap)示意图。

图1C为已知发光二极管沿着外延生长方向的光强度分布曲线示意图。

图2为本发明的发光元件结构示意图。