專利名稱：組合式電子阻擋層發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子產(chǎn)品，尤其涉及一種發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
在發(fā)光元件的操作過程中，電子溢流的現(xiàn)象，不僅會(huì)降低元件的發(fā)光效 率，連帶的也會(huì)造成溫度的上升，影響元件的使用壽命。因此，在制造發(fā)光 元件時(shí)，如何有效降低電子溢流，是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
圖1示出一種使用氮化鎵系半導(dǎo)體的傳統(tǒng)形式的發(fā)光元件剖面示意圖。
請(qǐng)參閱圖l，傳統(tǒng)形式的發(fā)光元件具有n型氮化鎵層102、有源發(fā)光層112、 以及p型氮化鎵層122。
圖2示出根據(jù)圖1的各層能隙的能量示意圖。其中，圖2上方所描繪的， 是電子所走的路徑能量。圖2下方所描繪的，是空穴所走的路徑能量。 一般 而言，上述的電子遷移率會(huì)比空穴大，濃度也會(huì)比空穴多。因此，到接近p 型氮化鎵層122時(shí)，會(huì)有過多電子(e—，見圖2上方)溢流有源發(fā)光層112的現(xiàn) 象。電子溢流的現(xiàn)象，會(huì)減少輻射復(fù)合的機(jī)率。
美國(guó)專利第7067838號(hào)以及美國(guó)專利第7058105號(hào)，分別提出一種使用 氮化鎵系半導(dǎo)體的發(fā)光元件。這些發(fā)光元件具有阻擋層，其能隙能量大于其 他層的能隙能量，用以減少電子溢流的現(xiàn)象。需要注意的是，這些專利使用 氮化鋁鎵(AlGaN)作為阻擋層。由于氮化鋁鎵與氮化鎵的晶格不匹配，為了 提供足夠高的勢(shì)壘阻擋電子溢流，這些元件的鋁含量勢(shì)必也要提高。然而， 鋁含量提高，相對(duì)使發(fā)光元件所受的應(yīng)力也就越大。當(dāng)超過一定的臨界厚度 (critical thickness),便會(huì)釋放應(yīng)力(strain release),而造成元件崩裂(crack)。 此外，鋁含量越高，晶格品質(zhì)越差，對(duì)于氮化鋁鎵的空穴濃度提升相對(duì)也顯 得困難。
因此，有必要提出一種發(fā)光元件，既能減少電子溢流的現(xiàn)象，同時(shí)也避 免上述應(yīng)力釋放的缺失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件，可具有一有源發(fā)光層、一
n型氮化鎵層、以及一p型氮化鎵層。上述組合式電子阻擋層發(fā)光元件，可 還包括第一種三五族半導(dǎo)體層，以及第二種三五族半導(dǎo)體層。這兩種三五族 半導(dǎo)體層，能隙不同，且具有周期性地重復(fù)沉積在上述有源發(fā)光層上，以作 為一勢(shì)壘較高的電子阻擋層，用以阻擋過多電子溢流有源發(fā)光層。
本發(fā)明提供一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件，包括 一基板； 一緩沖層， 位在該基板上；一 n型氮化鎵層，位在該緩沖層上； 一有源發(fā)光層，位在該 n型氮化鎵層上；兩種能隙不同的三五族半導(dǎo)體層，具有周期性地重復(fù)沉積 在該有源發(fā)光層上；以及一p型氮化鎵層，位在該些三五族半導(dǎo)體層上。
本發(fā)明還提供一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件，包括 一有源發(fā)光層； 以及一組合式外延結(jié)構(gòu)，由一第一氮化鋁銦鎵(AWnyGa^N)層以及一第二氮 化鋁銦鎵(AWrivGai-u.vN)層所組合而成，其中(Xx^1， 0^y<l， x+y^l， 0 〇u<l， O^v^l以及u+v^1。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一，在于其電子阻擋層可阻擋電子溢流，增加電子與空 穴在有源發(fā)光層復(fù)合的機(jī)率，放出光子。此外，晶格大小不同的三五族半導(dǎo) 體層的組合，有應(yīng)力補(bǔ)償?shù)男Ч?，可以減少其與有源發(fā)光層之間應(yīng)力的累積。


圖1示出一種使用氮化鎵系半導(dǎo)體的傳統(tǒng)形式的發(fā)光元件剖面示意圖； 圖2示出根據(jù)圖1的各層能隙的能量示意圖3示出根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件的 剖面示意圖；以及
圖4示出根據(jù)圖3的各層能隙的能量示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
102n型氮化鎵層
112有源發(fā)光層
122p型氮化鎵層
212有源發(fā)光層202n型氮化鎵層
222 p型氮化鎵層
230電子阻擋層、組合式外延結(jié)構(gòu)
232第一氮化鋁銦鎵層
332第一氮化鋁銦鎵層的能隙
234第二氮化鋁銦鎵層
334第二氮化鋁銦鎵層的能隙
242第三氮化鋁銦鎵層
244第四氮化鋁銦鎵層
252第五氮化鋁銦鎵層
254第六氮化鋁銦鎵層
262第七氮化鋁銦鎵層
264第八氮化鋁銦鎵層
410基板
420緩沖層
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向?yàn)橐环N發(fā)光元件。為了能徹底地了解本發(fā)明， 將在下列的描述中提出詳盡的結(jié)構(gòu)元件。顯然地，本發(fā)明的施行并未限定發(fā) 光元件的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的元 件并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實(shí)施 例會(huì)詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行 在其他的實(shí)施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，以其之后的權(quán)利要求的范圍 為準(zhǔn)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件的 剖面示意圖。圖4示出根據(jù)圖3的各層能隙的能量示意圖。請(qǐng)參閱圖3以及 圖4的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，可具有一基板410、 一緩沖層420位在 該基板410上、一 n型氮化鎵層202位在該緩沖層420上、一有源發(fā)光層212、 以及一p型氮化鎵層222。有源發(fā)光層212內(nèi)可以有多個(gè)電子，圖4則以一 個(gè)電子(e—)作為示例。上述基板的材料，可以是藍(lán)寶石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氮化 鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)、偏鋁酸鋰(LiA102)、鎵酸鋰(LiGa02)、或氧化硅(ZnO)
上述組合式電子阻擋層發(fā)光元件，可還包括第一種三五族半導(dǎo)體層232、 242，以及第二種三五族半導(dǎo)體層234、 244。這兩種三五族半導(dǎo)體層，能隙 不同，且具有周期性地重復(fù)沉積在上述有源發(fā)光層212上，以作為一勢(shì)壘較 高的電子阻擋層230(勢(shì)壘高于有源發(fā)光層的勢(shì)壘)，用以阻擋過多電子(。溢 流有源發(fā)光層212。
請(qǐng)參閱圖4，上述電子阻擋層230是位于p型氮化鎵層222以及有源發(fā) 光層212之間。當(dāng)電子(e—)在遇到勢(shì)壘夠高的電子阻擋層230時(shí)，就像遇到一 道墻，會(huì)被彈回有源發(fā)光層212的量子井內(nèi)，而與空穴復(fù)合，放出光子。因 此，本發(fā)明的電子阻擋層230，可以增加電子空穴復(fù)合率，避免發(fā)生過多電 子溢流的現(xiàn)象。
另外，值得注意的是，兩層晶格大小不同的三五族半導(dǎo)體層232、 234 的組合，有應(yīng)力補(bǔ)償?shù)男Ч梢詼p少與有源發(fā)光層212之間的應(yīng)力。
上述電子阻擋層230，也可說是一種組合式外延結(jié)構(gòu)230。上述組合式 外延結(jié)構(gòu)230，可以由一第一氮化鋁銦鎵(AlxInyGa^.yN)層232以及一第二氮 化鋁銦鎵(AUnvGaLu-vN)層234所組合而成，以此重復(fù)沉積至少兩次。其中， 0<x^l， 0^y<l， x+y^l, 0^u<l， O^v^l以及u+v^1。當(dāng)x=u時(shí)， y^v。上述組合式外延結(jié)構(gòu)230也能有效提升空穴濃度。
請(qǐng)參閱圖3，上述第一氮化鋁銦鎵層232具有一第一厚度，上述第二氮 化鋁銦鎵層234具有一第二厚度。其中，第一氮化鋁銦鎵層232在下，其能 隙332(如圖4所示)較大。第二氮化鋁銦鎵層234在上，其能隙334較小。 這兩種氮化鋁銦鎵層232、 234的不同之處，在于其氮、鎵、銦、鋁四種元 素的比例不同。設(shè)定不同比例的目的之一，在于使第一氮化鋁銦鎵層232的 能隙332，可以高于第二氮化鋁銦鎵層234的能隙334。 一般而言，鋁元素 的比例增加，能隙會(huì)提高；銦元素的比例增加，能隙會(huì)降低。
銦元素在上述第一氮化鋁銦鎵層232以及上述第二氮化鋁銦鎵層234 中，有其重要性。因?yàn)?，若沒有銦元素，鋁元素對(duì)有源發(fā)光層而言，晶格常 數(shù)的差異較大，容易發(fā)生傳統(tǒng)的應(yīng)力釋放問題。有了銦元素比例存在，可使 本發(fā)明電子阻擋層230的晶格結(jié)構(gòu)，不至于與有源發(fā)光層212的晶格結(jié)構(gòu)差
6距過大，可減少應(yīng)力累積的問題。
上述組合式外延結(jié)構(gòu)230，必須包括一第三氮化鋁銦鎵層242以及上述 第四氮化鋁銦鎵層244。上述第三氮化鋁銦鎵層242具有一第三厚度，上述 第四氮化鋁銦鎵層244具有一第四厚度，且其中上述第三厚度加上第四厚度， 等于上述第一厚度加上上述第二厚度。
上述組合式外延結(jié)構(gòu)，可還包括一第五氮化鋁銦鎵層252、上述第六氮 化鋁銦鎵層254、第七氮化鋁銦鎵層262、以及上述第八氮化鋁銦鎵層264。 其中，第五氮化鋁銦鎵層252以及第六氮化鋁銦鎵層254的厚度總值，最好 是等于上述第一厚度加上上述第二厚度。此外，第七氮化鋁銦鎵層262以及 第八氮化鋁銦鎵層264的厚度總值，也最好是等于上述第一厚度加上上述第 二厚度。
本發(fā)明以上所提及的氮化鋁銦鎵(AlInGaN)，并非用以限定本發(fā)明。所謂 的氮化鋁銦鎵，即使由下列材料替代，仍屬本發(fā)明的范圍氮化鎵(GaN)、 氮化鋁(A1N)、氮化銦(InN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁 銦(AlInN)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一，在于其電子阻擋層可阻擋電子溢流，將電子彈回有 源發(fā)光層的量子井內(nèi)，而與空穴復(fù)合，放出光子。此外，晶格大小不同的三 五族半導(dǎo)體層的組合，有應(yīng)力補(bǔ)償?shù)男Ч?，可以減少其與有源發(fā)光層之間的 應(yīng)力。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。任何 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，所作各種更動(dòng)或修正，仍屬本發(fā)明的精神和范圍。本 發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以隨附的權(quán)利要求的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件，包括一基板；一緩沖層，位在該基板上；一n型氮化鎵層，位在該緩沖層上；一有源發(fā)光層，位在該n型氮化鎵層上；兩種能隙不同的三五族半導(dǎo)體層，具有周期性地重復(fù)沉積在該有源發(fā)光層上；以及一p型氮化鎵層，位在該些三五族半導(dǎo)體層上。
2. 如權(quán)利要求1所述的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，其中該些三五族半 導(dǎo)體層材料為氮化鋁銦鎵、氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、 或氮化鋁銦。
3. —種組合式電子阻擋層發(fā)光元件，包括 一有源發(fā)光層；以及一組合式外延結(jié)構(gòu)，由一第一氮化鋁銦鎵層以及一第二氮化鋁銦鎵層所 組合而成，其中該第一氮化鋁銦鎵層為AlJnyGa".yN層，該第二氮化鋁銦鎵 層為AluIrivGaLu.vN層，0<x^l， 0^y<l， x+y^l， 0^u<l， O^v^l以 及u+v〇1。
4. 如權(quán)利要求3所述的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，其中當(dāng)x=u時(shí)，y#v。
5. 如權(quán)利要求4所述的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，其中該第一氮化鋁 銦鎵層具有一第一厚度，該第二氮化鋁銦鎵層具有一第二厚度。
6. 如權(quán)利要求5所述的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，其中該組合式外延 結(jié)構(gòu)還包括一第三氮化鋁銦鎵層以及該第四氮化鋁銦鎵層。
7. 如權(quán)利要求6所述的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，其中該第三氮化鋁 銦鎵層具有一第三厚度，該第四氮化鋁銦鎵層具有一第四厚度，且其中該第 三厚度加上第四厚度，等于該第一厚度加上該第二厚度。
8. 如權(quán)利要求7所述的組合式電子阻擋層發(fā)光元件，其中該組合式外延 結(jié)構(gòu)還包括一第五氮化鋁銦鎵層以及該第六氮化鋁銦鎵層。
全文摘要
一種組合式電子阻擋層發(fā)光元件，可具有一有源發(fā)光層、一n型氮化鎵層、以及一p型氮化鎵層、以及兩種能隙不同的三五族半導(dǎo)體層，具有周期性地重復(fù)沉積在上述有源發(fā)光層上，以作為一勢(shì)壘較高的電子阻擋層，用以阻擋過多電子溢流有源發(fā)光層。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)通過電子阻擋層阻擋電子溢流，以增加電子與空穴在有源發(fā)光層復(fù)合的機(jī)率，放出光子并且通過晶格大小不同的三五族半導(dǎo)體層的組合，提供應(yīng)力補(bǔ)償，以減少其與有源發(fā)光層之間應(yīng)力的累積。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101640236SQ200810135058
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者葉穎超, 吳芃逸, 徐智鵬, 林文禹, 涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請(qǐng)人:先進(jìn)開發(fā)光電股份有限公司