專利名稱：發(fā)光二極管及其減少極化中間層的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其減少極化中間層。
背景技術：
參考圖1A所示，其為美國專利US 2003115642所提出的公知具有電子 阻礙層(electron blocking layer, EBL)的氮化物發(fā)光二極管結構，其包含n 型傳導層11、活性層12 (active layer) 、 p型傳導層13與電子阻礙層28， 其中電子阻礙層28位于活性層12與p型傳導層13之間，并且活性層12位 于n型傳導層11上。上述活性層12可為由多個量子阱層la、 lb與多個量 子位障層2a、 2b、 2c所相互層疊的結構，并且電子阻礙層28可將來自n型 傳導層11的電子阻擋于活性層12內(nèi)。然而，需要在活性層12與p型傳導 層13之間形成電子阻礙層28主要是因為氮化物半導體中電子的遷移率 (mobility)遠大于電洞，所以造成電子容易溢流出活性層12。
參考圖IB所示，其為上述發(fā)光二極管的能帶(energy band)分布示意 圖，其中電子阻礙層28相較于活性層12或p型傳導層13而言，明顯地具 有較高的能級，即可阻擋電子溢流的效應。
然而，傳統(tǒng)的電子阻礙層28與活性層12間往往因為晶格不匹配，因而 產(chǎn)生壓電極化(piezoelectricpolarization)，并導致能帶傾斜，進而增加載子 溢流機率。因此，傳統(tǒng)的發(fā)光二極管即因此而降低其發(fā)光效率。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的發(fā)明背景中，為了符合產(chǎn)業(yè)上某些利益的需求，本發(fā)明提供 一種發(fā)光二極管可用以解決上述傳統(tǒng)的發(fā)光二極管未能達成的目標。
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)光二極管，其包含基板，第一傳導層、活性 層、減少極化中間層、電子阻礙層與第二傳導層，其中第一傳導層位于基板 上，活性層位于第一傳導層上，減少極化中間層位于活性層上，電子阻礙層位于減少極化中間層上，以及第二傳導層位于電子阻礙層上。上述的減少極
化中間層為AlxInyGai.x-yN，并且0《x《1， 0《y《l。
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，包含基板；第一傳導層，位于該基板上; 活性層，位于該第一傳導層上；減少極化中間層，位于該活性層上；電子阻 礙層，位于該減少極化中間層上，其中該減少極化中間層減少該電子阻礙層 與該活性層因晶格不匹配所產(chǎn)生的壓電極化導致的能帶傾斜，以降低載子溢 流機率；以及第二傳導層，位于該減少極化中間層上。
本發(fā)明提供一種減少極化中間層，位于發(fā)光二極管的電子阻礙層與活性 層之間，借此以晶格匹配該電子阻礙層。
本發(fā)明提供一種減少極化中間層，位于發(fā)光二極管的電子阻礙層與活性 層之間，其中該減少極化中間層與該電子阻礙層的晶格常數(shù)相同。
本發(fā)明提供一種減少極化中間層，位于發(fā)光二極管的電子阻礙層與活性 層之間，其中該電子阻礙層的能隙大于該減少極化中間層的能隙。
在所述的發(fā)光二極管中，上述的電子阻礙層的能隙大于該減少極化中間 層的能隙。
在所述的發(fā)光二極管中，上述的第一傳導層為n型傳導層，第二傳導層 為p型傳導層。
在所述的發(fā)光二極管中，上述的電子阻礙層的能隙大于該活性層的能隙。
在所述的發(fā)光二極管中，上述的減少極化中間層為AlxInyGai_x_yN，并且
在所述的發(fā)光二極管中，上述的電子阻礙層為氮化鋁鎵。 在所述的發(fā)光二極管中，上述的活性層可為單量子阱結構或多量子阱結構。
本發(fā)明的發(fā)光二極管不會降低發(fā)光效率。
圖1A為傳統(tǒng)發(fā)光二極管的結構示意圖IB與圖3B為傳統(tǒng)發(fā)光二極管的能帶分布示意圖；圖2為本發(fā)明的發(fā)光二極管的結構示意圖3A為本發(fā)明的發(fā)光二極管的能帶分布示意圖3B為具有減少極化中間層的發(fā)光二極管的能帶示意圖以及
圖3C為本發(fā)明與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管的能帶分布比較圖。
其中，附圖標記說明如下:
la、 lb量子阱層
2a、 2b、 2c量子位障層
lln型傳導層
12活性層
13 p型傳導層
28電子阻礙層
IOI基板
102第一傳導層
103活性層
104減少極化中間層
105電子阻礙層
106第二傳導層
具體實施例方式
本發(fā)明在此所探討的方向為一種發(fā)光二極管。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步驟及其組成。顯然地，本發(fā)明的施行并 未限定于發(fā)光二極管的技術人員所熟悉的特殊細節(jié)。另一方面，眾所周知的 組成或步驟并未描述于細節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的 優(yōu)選實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發(fā)明還可以廣 泛地施行在其他的實施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，其以所附的權利要 求書為準。
為了降低發(fā)光二極管中載子溢流機率，美國專利US 7067838提出一種 具有載子阻擋層(carrier block layer)的發(fā)光二極管，其中此載子阻擋層為 AlpInqGai.p.qN (0《p《0.5，并且0《q《0.1)。然而，此載子阻擋層與其下
5的半導體層晶格并不匹配，將會產(chǎn)生顯著地極化現(xiàn)象。
類似地，美國專利US 6693307也提出一種由AlGaN材料所形成的溢流 阻擋層(overflow preventing layer)來作為上述的載子阻擋層。但是，此溢 流阻擋層并未解決載子阻擋層中的極化現(xiàn)象。因此，載子阻擋效率依舊會受 到載子阻擋層的傾斜能帶影響而減低。
另外，美國專利US 6744064提出一種位于活性層上的多層量子位障， 以解決極化問題。雖然此多層量子位障具有應力補償(strain-compensating) 效應以解決極化現(xiàn)象，然而根據(jù)菲涅爾損失(Fresnd loss)，活性層所發(fā)出 的光線將會被多層量子位障的多重界面反射，將會降低光的取出效率。
美國專利US 7115908借由四元化合物所形成的半導體層，以取代傳統(tǒng) 的GaN半導體層，以減低極化現(xiàn)象的發(fā)生。另外，在[Origin of efficiency droop in GaN畫based light-emitting diodes, Kim et al.， APPLIED PHYSICS LETTERS 91， 183507, 2007]的論文中，指出四元化合物AlGalnN形成的量子位障與電 子阻擋層如能分別與量子阱及GaN極化匹配，將可以減少載子溢流。
根據(jù)上述，傳統(tǒng)的半導體元件仍具有晶格不匹配(Lattice-mismatched)、 在電子阻擋層中仍有較高的極化現(xiàn)象、在多層界面中光線容易散失等等問題 有待解決。
因此，本發(fā)明提出在發(fā)光二極管的電子阻礙層(electron blocking layer, EBL)與活性層(active layer)之間，借由與電子阻礙層晶格匹配的四元化 合物形成減少極化中間層(reduced polarization interlayer)，可減少該電子阻 礙層與該活性層因晶格不匹配所產(chǎn)生的壓電極化(piezoelectricpolarization) 導致的能帶傾斜，以降低載子溢流機率。如此一來，載子將更有效地局限于 活性層，借此以提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
參考圖2所示，其為上述發(fā)光二極管的結構示意圖。此發(fā)光二極管包含 基板101，并在基板101上依序外延形成第一傳導層102、活性層(active layer) 103、減少極化中間層(reduced polarization interlayer) 104、電子阻礙層 (electron blocking layer, EBL) 105與第二傳導層106，其中上述的第一傳 導層102可為n型傳導層，并且第二傳導層106可為p型傳導層。
上述減少極化中間層位于活性層103與電子阻礙層之間，并且減少極化 中間層104與電子阻礙層105的晶格常數(shù)(lattice constant)相同，借此以晶
6格匹配(lattice-matched)電子阻礙層105，以減少電子阻礙層105與活性層 103因晶格不匹配所產(chǎn)生的壓電極化導致的能帶傾斜，以降低載子溢流到第 二傳導層106的機率。
另外，電子阻礙層105的能隙(band gap)大于減少極化中間層104的 能隙，并且電子阻礙層105的能隙也大于活性層103的能隙。另外，電子阻 礙層105可為氮化鋁鎵(AlGaN)，而減少極化中間層104可為AlxInyGai.x.yN， 其中0《x《l， 0《y《l。當然，上述的活性層103可為單量子阱(single quantum well)結構或多量子阱(multiple quantum well)結構。
參考圖3A所示，其為無減少極化中間層104的發(fā)光二極管的能帶 (energy band)示意圖，其中虛線表示能帶的分布。由圖3A可知，電子阻 礙層105與活性層103因晶格不匹配所產(chǎn)生的壓電極化所導致的能帶傾斜， 將導致載子溢流到第二傳導層106的機率大幅提高。
參考圖3B所示，其為具有減少極化中間層104的發(fā)光二極管的能帶示 意圖，其中實線表示能帶的分布。再參考圖3C所示，其為圖3A與圖3B所 示的發(fā)光二極管的能帶比較示意圖，其中具有減少極化中間層104的發(fā)光二 極管的能帶(實線)明顯地改善了無減少極化中間層104的發(fā)光二極管的能 帶(虛線)傾斜的問題，使得將載子阻擋回活性層103的機率大幅提升，借 此以增加發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
顯然地，依照上面實施例中的描述，本發(fā)明可能有許多的修改與差異。 因此需要在其附加的權利要求的范圍內(nèi)加以理解，除了上述詳細的描述外， 本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例 而已，并非用以限定本發(fā)明的專利保護范圍；凡是其它未脫離本發(fā)明所揭示 的精神下所完成的等效改變或修改，均應包含在所述請專利保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種發(fā)光二極管，包含基板；第一傳導層，位于該基板上；活性層，位于該第一傳導層上；減少極化中間層，位于該活性層上；電子阻礙層，位于該減少極化中間層上，其中該減少極化中間層減少該電子阻礙層與該活性層因晶格不匹配所產(chǎn)生的壓電極化導致的能帶傾斜，以降低載子溢流機率；以及第二傳導層，位于該減少極化中間層上。
2. —種減少極化中間層，位于發(fā)光二極管的電子阻礙層與活性層之間， 借此以晶格匹配該電子阻礙層。
3. —種減少極化中間層，位于發(fā)光二極管的電子阻礙層與活性層之間， 其中該減少極化中間層與該電子阻礙層的晶格常數(shù)相同。
4. 一種減少極化中間層，位于發(fā)光二極管的電子阻礙層與活性層之間， 其中該電子阻礙層的能隙大于該減少極化中間層的能隙。
5. 根據(jù)權利要求1的發(fā)光二極管，其中上述電子阻礙層的能隙大于該減 少極化中間層的能隙。
6. 根據(jù)權利要求1的發(fā)光二極管，其中上述第一傳導層為n型傳導層， 第二傳導層為p型傳導層。
7. 根據(jù)權利要求1及4的發(fā)光二極管，其中上述電子阻礙層的能隙大于 該活性層的能隙。
8. 根據(jù)權利要求l、 2、 3及4的發(fā)光二極管，其中上述減少極化中間層 為AlxInyGaLx.yN，并且0《x《1， 0《y《l。
9. 根據(jù)權利要求l、 2、 3及4的發(fā)光二極管，其中上述電子阻礙層為氮 化鋁鎵。
10. 根據(jù)權利要求l、 2、 3及4的發(fā)光二極管，其中上述活性層為單量 子阱結構或多量子阱結構。
全文摘要
本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管及其減少極化中間層，其中發(fā)光二極管在電子阻礙層與活性層之間形成由Al<sub>x</sub>In<sub>y</sub>Ga<sub>1-x-y</sub>N材料所組成的減少極化中間層，其中0≤x≤1，0≤y≤1。本發(fā)明的發(fā)光二極管不會降低發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/00GK101661978SQ20081014728
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月26日 優(yōu)先權日2008年8月26日
發(fā)明者葉穎超, 吳芃逸, 林文禹, 涂博閔, 詹世雄, 黃世晟 申請人:先進開發(fā)光電股份有限公司