專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，尤其是一種具有多重量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode )在具有光電轉(zhuǎn)換特性的固態(tài)元件里 十分重要。 一般而言，它具發(fā)光層(Active layer),被兩種不同電性的半導(dǎo)體 層(p-type & n-type semiconductor layers)戶斤包夾而成。當(dāng)于兩半導(dǎo)體層上方 的接觸電極施加一驅(qū)動電流時，兩半導(dǎo)體層的電子與空穴會注入發(fā)光層，在 發(fā)光層中結(jié)合而放出光線，其光線具全向性，會通過此發(fā)光二極管元件的各 個表面而射出。通常，發(fā)光層可為單一量子阱結(jié)構(gòu)層(SQW)或多重量子阱 結(jié)構(gòu)層(MQW)。與單一量子阱結(jié)構(gòu)(SQW)相較，多重量子阱結(jié)構(gòu)(MQW) 被認(rèn)定具有較高的輸出能力，因為即使在電流很小時，它仍可以透過許多障 壁層及阱層堆疊而成的小能隙結(jié)構(gòu)，將電流轉(zhuǎn)換為光。圖1顯示已知技術(shù)的發(fā)光元件IO的剖面圖。如圖所示，p型氮化物半導(dǎo) 體層14與n型氮化物半導(dǎo)體層13之間有具有多重量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層15， 在最靠近p型氮化物半導(dǎo)體層14的障壁層，并不摻雜n型雜質(zhì)，并在多重 量子阱結(jié)構(gòu)層.中其余所有的障壁層，摻雜n型雜質(zhì)。圖2顯示另一已知技術(shù) 的發(fā)光元件20的剖面圖。如圖所示，p型氮化物半導(dǎo)體層24與n型氮化物 半導(dǎo)體層23之間有具有多重量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)光層25，并在多重量子阱結(jié)構(gòu) 層中最靠近n型氮化物半導(dǎo)體層23的數(shù)個障壁層，摻雜n型雜質(zhì)，但其他 障壁層并不摻雜n型雜質(zhì)。如上所述，透過多重量子阱結(jié)構(gòu)層中n型雜質(zhì)的 摻雜的位置變化，可以獲得到一個電性優(yōu)異，而且發(fā)光效能提升的發(fā)光元件。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光元件，其包含基板、n型氮化物半導(dǎo) 體層、p型氮化物半導(dǎo)體層、位于上述n型氮化物半導(dǎo)體層與上述p型氮化物半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層。其中，上述發(fā)光層為具有n型雜質(zhì)的多重量子阱 結(jié)構(gòu)層，且上述n型雜質(zhì)摻雜于上述多重量子阱結(jié)構(gòu)層中，靠近上述n型半 導(dǎo)體層的區(qū)域與靠近上述p型半導(dǎo)體層的區(qū)域，而中間區(qū)域則無摻雜或摻雜 比兩側(cè)區(qū)域的濃度較低的n型雜質(zhì)。又有另一實施方式，其結(jié)構(gòu)如上所述， 但其中上述多重量子阱結(jié)構(gòu)層于最靠近p型氮化物半導(dǎo)體層的一層，并不摻 雜n型雜質(zhì)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種發(fā)光元件，其包含發(fā)光層，由障壁層 與阱層交錯堆疊而成的具有n型雜質(zhì)的多重量子阱結(jié)構(gòu)層，且位于n型氮化 物半導(dǎo)體層與p型氮化物半導(dǎo)體層之間；其中上述的n型雜質(zhì)，位于靠近上 述n型氮化物半導(dǎo)體層與上述p型氮化物半導(dǎo)體層兩側(cè)區(qū)域的上述障壁層， 而中間區(qū)域則無摻雜或摻雜比兩側(cè)區(qū)域的濃度為低的n型雜質(zhì)。又有另 一實 施例，其結(jié)構(gòu)如上所述，但其中上述多重量子阱結(jié)構(gòu)層在最靠近上述p型氮 化物半導(dǎo)體層的障壁層，并不摻雜n型雜質(zhì)。本發(fā)明透過上述n型雜質(zhì)的特定摻雜分布設(shè)計，不但可以獲得電性優(yōu)異 的元件，更可以有效提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。


圖1為一已知技術(shù)發(fā)光元件10的剖面圖。圖2為另 一 已知技術(shù)發(fā)光元件20的剖面圖。圖3為依本發(fā)明第一實施例的發(fā)光元件30的剖面圖。圖4為依本發(fā)明第二實施例的發(fā)光元件40的剖面圖。圖5為依本發(fā)明第三實施例的發(fā)光元件50的剖面圖。圖6為依本發(fā)明第四實施例的發(fā)光元件60的剖面圖。附圖標(biāo)記說明10 發(fā)光元件；11 基板；12 緩沖層；13 n型半導(dǎo)體層；14 p型半導(dǎo)體 層；15 發(fā)光層；20 發(fā)光元件；21 基板；22 緩沖層；23 n型半導(dǎo)體層； 24 p型半導(dǎo)體層；25 發(fā)光層；30 發(fā)光元件；31~基板；32 緩沖層；33~n 型半導(dǎo)體層；34 p型半導(dǎo)體層；35 發(fā)光層；35Ai 靠n側(cè)區(qū)域；35Bi 靠p 側(cè)區(qū)域；35Ci 中間區(qū)域；35A1 第一A層；35A2 第二A層；35A3 第三A 層；35B1 第一B層；35B2 第二B層；35B3 第三B層；40 發(fā)光元件；41~基板；42 緩沖層；43 n型半導(dǎo)體層；44 p型半導(dǎo)體層；45 發(fā)光層；45Ai 靠n側(cè)區(qū)域；45Bi 靠p側(cè)區(qū)域；45Ci 中間區(qū)域；45A1 第一A層；45A2 第二A層；45A3 第三A層；45B1 第一B層；45B2 第二B層；45B3 第 三B層；50 發(fā)光元件；51 基板；52 緩沖層；53 n型半導(dǎo)體層；54~p型 半導(dǎo)體層；55 發(fā)光層；55Ai 靠n側(cè)區(qū)域；55Bi 靠p側(cè)區(qū)域；55Ci 中間區(qū) 域；55A1 第一A層；55A2 第二A層；55A3 第三A層；55B1 第一B層； 55B2 第二B層；55B3 第三B層；60 發(fā)光元件；61~基板；62 緩沖層； 63 n型半導(dǎo)體層；64 p型半導(dǎo)體層；65 發(fā)光層；65Ai 靠n側(cè)區(qū)域；65Bi 靠p側(cè)區(qū)域；65Ci 中間區(qū)域；65A1 第一A層；65A2 第二 A層；65A3~ 第三A層；65B1 第一B層；65B2 第二B層；65B3 第三B層。
具體實施方式
圖3依本發(fā)明第一實施例的發(fā)光元件30的剖面圖。發(fā)光元件30包含 基板31、緩沖層32、 n型氮化物半導(dǎo)體層33、發(fā)光層35及p型氮化物半導(dǎo) 體層34。其中，發(fā)光層35是由障壁層與阱層所間隔堆疊而成的多重量子阱 結(jié)構(gòu)層(multi quantum well)。在一優(yōu)選實施例中，發(fā)光層35可區(qū)分為靠n側(cè) 區(qū)域35Ai( i=l,2，3，....,x)、靠p側(cè)區(qū)域35Bi (i=l，2，3，....,y )、及中間區(qū)域35Ci (i=l，2,3，....,z);其中靠n側(cè)區(qū)域35Ai,依序包含靠近n型氮化物半導(dǎo)體層 33的第一A層35A1、第二A層35A2、第三A層35A3…等；靠p側(cè)區(qū)域 35Bi，包含最靠近p型氮化物半導(dǎo)體層34的第一 B層35B1 、第二 B層35B2、 第三B層35B3.,.等。上述第一A層35A1、第三A層35A3、第一B層35B1 及第三B層35B3為障壁層，第二A層35A2及第二B層35B2為阱層，亦 即奇數(shù)層為障壁層，偶數(shù)層為阱層。在本實施例中，發(fā)光層35所摻雜的n 型雜質(zhì)具有特定分布，在靠n側(cè)區(qū)域35Ai及靠p側(cè)區(qū)域35Bi，摻雜n型雜 質(zhì)(如圖所示的第一 A層35Al、第二A層35A2、第三A層35A3、第一 B 層35B1、第二B層35B2及第三B層35B3)，中間區(qū)域35Ci則無n型雜質(zhì)， 或具有比靠n側(cè)區(qū)域35Ai及靠p側(cè)區(qū)域35Bi的濃度較低的n型雜質(zhì)。圖4依本發(fā)明第二實施例的發(fā)光元件40的剖面圖。發(fā)光元件40包含 基板41、緩沖層42、 n型氮化物半導(dǎo)體層43、發(fā)光層45及p型氮化物半導(dǎo) 體層44。其中，發(fā)光層45由障壁層與阱層所間隔堆疊而成的多重量子阱結(jié) 構(gòu)層。在一優(yōu)選實施例中，發(fā)光層45可區(qū)分為靠n側(cè)區(qū)域45Ai( i=l,2,3，....，x )、靠p側(cè)區(qū)域45Bi (i=l，2，3，....，y )、及中間區(qū)域45Ci (i=l，2,3，....,z);其中靠n 側(cè)區(qū)域45Ai，依序包含最靠近n型氮化物半導(dǎo)體層43的第一 A層45A1、 第二A層45A2、第三A層45A3…等；靠p側(cè)區(qū)域45Bi,依序包含最靠近 p型氮化物半導(dǎo)體層44的第一 B層45B1 、第二 B層45B2、第三B層45B3... 等。上述第一 A層45A1、第三A層45A3、第一B層45B1及第三B層45B3 為障壁層，第二 A層45A2及第二B層45B2為阱層，亦即奇數(shù)層為障壁層， 偶數(shù)層為阱層。在本實施例中，發(fā)光層45中所摻雜的n型雜質(zhì)具有特定分 布，在靠n側(cè)區(qū)域45Ai及部分靠p側(cè)區(qū)域45Bi摻雜n型雜質(zhì)(如圖所示的第 一A層45A1、第二A層45A2、第三A層45A3、第二B層45B2及第三B 層45B3)，但在最靠近p型氮化物半導(dǎo)體層44的第一B層45Bl并不摻雜n 型雜質(zhì)，且中間區(qū)域45Ci亦無n型雜質(zhì)，或具有比靠n側(cè)區(qū)域45Ai及靠p 側(cè)區(qū)域45Bi的濃度較低的n型雜質(zhì)。
圖5本發(fā)明的第三實施例發(fā)光元件50的剖面圖。發(fā)光元件50包含基 板51、緩沖層52、 n型氮化物半導(dǎo)體層53、發(fā)光層55及p型氮化物半導(dǎo)體 層54。其中，發(fā)光層55是由障壁層與阱層所間隔堆疊而成的多重量子阱結(jié) 構(gòu)層。在一優(yōu)選實施例中，發(fā)光層55可區(qū)分為靠n側(cè)區(qū)域55Ai( i=l,2,3，....，x )、 靠p側(cè)區(qū)域55Bi (i=l,2,3，....,y)、及中間區(qū)域55Ci (i=l，2，3，....，z);其中靠n 側(cè)區(qū)域55Ai，依序包含最靠近n型氮化物半導(dǎo)體層53的第一 A層55Al、 第二A層55A2、第三A層55A3…等；靠p側(cè)區(qū)域55Bi，依序包含最靠近 p型氮化物半導(dǎo)體層54的第一 B層55B1 、第二 B層55B2、第三B層55B3... 等。上述的第一A層55A1、第三A層55A3、第一 B層55B1及第三B層 55B3為障壁層，第二A層55A2及第二B層55B2為阱層，亦即奇數(shù)層為障 壁層，偶數(shù)層為阱層。在本實施例中，發(fā)光層55所摻雜的n型雜質(zhì)具有特 定分布，在靠n側(cè)區(qū)域55Ai及靠p側(cè)區(qū)域55Bi的各障壁層摻雜n型雜質(zhì)(如 圖所示的第一 A層55Al、第三A層55A3、第一B層55B1、及第三B層 55B3),中間區(qū)域55Ci則無n型雜質(zhì)或具有比靠n側(cè)區(qū)域55Ai及靠p側(cè)區(qū) 域55Bi的濃度較低的n型雜質(zhì)。
圖6依本發(fā)明第四實施例的發(fā)光元件60的剖面圖。發(fā)光元件60包含 基板61、緩沖層62、 n型氮化物半導(dǎo)體層63、發(fā)光層65及p型氮化物半導(dǎo) 體層64。其中，發(fā)光層65是由障壁層與阱層所間隔堆疊而成的多重量子阱 結(jié)構(gòu)層。在一優(yōu)選實施例中，發(fā)光層65可區(qū)分為靠n側(cè)區(qū)域65Ai
7(i=l,2，3,....，x )、靠p側(cè)區(qū)域65Bi ( i-l，2,3，.…,y )、及中間區(qū)域65Ci (i=l,2,3,....，z);其中靠n側(cè)區(qū)域65Ai，依序包含最靠近n型氮化物半導(dǎo)體 層63的第一 A層65A1、第二A層65A2、第三A層65A3…等；靠p側(cè)區(qū) 域65Bi,依序包含最靠近p型氮化物半導(dǎo)體層64的第一B層65Bl、第二B 層65B2、第三B層65B3…等。上述第一A層65A1、第三A層65A3、第 一 B層65B1及第三B層65B3為障壁層，第二 A層65A2及第二 B層65B2 為阱層，亦即奇數(shù)層為障壁層，偶數(shù)層為阱層。在本實施例中，發(fā)光層65 所摻雜的n型雜質(zhì)具有特定分布，在靠n側(cè)區(qū)域65Ai及部分靠p側(cè)區(qū)域65Bi 的障壁層摻雜n型雜質(zhì)(如圖所示的第一 A層65A1、第三A層65A3、及第 三B層65B3),但在最靠近p型氮化物半導(dǎo)體層64的障壁層(即第一B層 65B1 )并不摻雜n型雜質(zhì)，且中間區(qū)域65Ci無n型雜質(zhì)，或具有比靠n側(cè) 區(qū)域65Ai及靠p側(cè)區(qū)域65Bi的障壁層的濃度較低的n型雜質(zhì)。
本發(fā)明所述的n型雜質(zhì)摻雜指將硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、硫(S)、或氧(O) 等元素，加入薄膜外延過程中，而形成具有上述元素濃度在5 x 1016 ~1 x 1019/^113之間的氮化物半導(dǎo)體薄膜。其他不摻雜n型雜質(zhì)的各層并非完全不 含上述元素，有可能會因工藝中的污染物或擴散現(xiàn)象，而具有非常低濃度之 上述元素，其濃度約小于1 x 1017/0113左右。再者，各層所摻雜的n型雜質(zhì) 濃度大致上相同，或于越靠近n型半導(dǎo)體層與越靠近p型半導(dǎo)體層的區(qū)域的 摻雜濃度越高。
雖然本發(fā)明已通過各實施例說明如上，然其并非用以限制本發(fā)明的范 圍。對于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫離本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，包含n型半導(dǎo)體層；p型半導(dǎo)體層；以及發(fā)光層，位于該n型半導(dǎo)體層與該p型半導(dǎo)體層之間，具有靠近該n型半導(dǎo)體層的第一區(qū)域、靠近該p型半導(dǎo)體層的第二區(qū)域、及位于該第一區(qū)域及該第二區(qū)域之間的中間區(qū)域，其中該第一區(qū)域及該第二區(qū)域摻雜有n型雜質(zhì)，而該中間區(qū)域則無該n型雜質(zhì)，或具有濃度較該第一區(qū)域及該第二區(qū)域的濃度為低的該n型雜質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光層多重量子阱結(jié)構(gòu)層。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該n型半導(dǎo)體層為n型氮化物半 導(dǎo)體層，且該p型半導(dǎo)體層為p型氮化物半導(dǎo)體層。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該n型雜質(zhì)包含硅、鍺、錫、硫、 及氧等元素中的至少 一種元素。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該n型雜質(zhì)的濃度實質(zhì)上介于5 x 1016 1 x 1019/咖3之間。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該第二區(qū)域包含多個半導(dǎo)體層， 其中在最靠近該p型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層并不摻雜該n型雜質(zhì)。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該第一區(qū)域及該第二區(qū)域所摻雜 的該n型雜質(zhì)的濃度大致上相同。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該n型雜質(zhì)于越靠近該n型半導(dǎo) 體層及越靠近該p型半導(dǎo)體層的摻雜濃度越高。
9. 一種發(fā)光元件，包含 n型半導(dǎo)體層； p型半導(dǎo)體層；以及發(fā)光層，位于該n型半導(dǎo)體層與該p型半導(dǎo)體層之間，包含靠近該n型 半導(dǎo)體層的第一區(qū)域、靠近該p型半導(dǎo)體層的第二區(qū)域、及位于該第一區(qū)域 與該第二區(qū)域間的中間區(qū)域；其中該發(fā)光層由多個障壁層與多個阱層交錯堆 疊而成，且該多個障壁層中位于該第一區(qū)域及該第二區(qū)域中者摻雜有n型雜 質(zhì)，位于該中間區(qū)域中者則無該n型雜質(zhì)，或具有濃度較該第一區(qū)域及該第二區(qū)域的濃度為低的該n型雜質(zhì)。
10. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其中該n型半導(dǎo)體層為n型氮化物半 導(dǎo)體層，且該p型半導(dǎo)體層為p型氮化物半導(dǎo)體層。
11. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其中該n型雜質(zhì)包含硅、鍺、錫、硫、 及氧等元素中的至少一種元素。
12. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其中該n型雜質(zhì)的濃度實質(zhì)上介于5 x 1016 1 x 1019/，3之間。
13. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其中該第二區(qū)域包含多個障壁層，其 中最靠近該p型半導(dǎo)體層的障壁層，并不摻雜該n型雜質(zhì)。
14. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其中該第一區(qū)域及該第二區(qū)域的各該 障壁層所摻雜的該n型雜質(zhì)的濃度大致上相同。
15. 如權(quán)利要求9所述的發(fā)光元件，其中該n型雜質(zhì)于越靠近該n型半導(dǎo) 體層與越靠近該p型半導(dǎo)體層的摻雜濃度越高。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光元件，其包含基板、n型氮化物半導(dǎo)體層、p型氮化物半導(dǎo)體層、位于上述n型氮化物半導(dǎo)體層與上述p型氮化物半導(dǎo)體層之間的發(fā)光層。其中，上述發(fā)光層為摻雜有n型雜質(zhì)的多重量子阱結(jié)構(gòu)層，且上述n型雜質(zhì)摻雜于靠近上述n型半導(dǎo)體層與靠近上述p型半導(dǎo)體層兩側(cè)的區(qū)域，而上述多重量子阱結(jié)構(gòu)層的中間區(qū)域則無n型雜質(zhì)或具有比上述兩側(cè)區(qū)域的濃度較低的n型雜質(zhì)。透過上述多重量子阱結(jié)構(gòu)層的n型雜質(zhì)摻雜的特定分布設(shè)計，能夠有效提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK101290957SQ20071009655
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者林鼎洋, 震 歐, 賴世國 申請人:晶元光電股份有限公司