CN104282811A - 发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光装置及其制造方法。该发光装置包括基底、半导体主体、过渡层及p接触层。该半导体主体可用来产生光且包括设置于所述基底上的n型层、设置于所述n型层上的p型层及设置于所述n型层和p型层之间的发光层。该过渡层设置于所述基底上且位于所述n型层和所述基底间，该过渡层包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素。该p接触层设置于所述半导体主体的p型层上。

Description

发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光装置(Light Emitting Devices)及制造该发光装置的方法，尤其涉及一种发光二极管(Light Emitting Diodes，LED)及其制造方法。
背景技术
发光装置，比如发光二极管，其是从电子(Electrons)和空穴(Holes)结合湮灭而形成质子的电激励过程中产生光的半导体装置。典型的，III族氮化物(III-Nitride)发光二极管，比如氮化镓(Gallium Nitride，GaN)发光二极管因其可以产生在紫外线(Ultra-violet)、蓝光和绿光波普范围内的波长的光而被广泛的使用。
在氮化镓发光二极管的制备过程中，氮化镓通常是通过金属有机气象沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)法或分子束外延(Molecular-beam Epitaxy，MBE)法直接沉积在基底，比如蓝宝石和硅基底上。然而，沉积在基底上的氮化镓层可能会在冷却至室温的过程中破裂，同时镓元素也可能由于在硅基底表面上的较差的润湿性能从而导致不能制备氮化镓发光二极管。
目前，已经有一些尝试来解决氮化镓沉积中存在的问题。在一个示例中，在氮化镓沉积到基底前，过渡金属氮化物(Transition Metal Nitride)，比如氮化铪(Hafnium Nitride，HfN)或氮化锆(Zirconium Nitride，ZrN)被用来先沉积在基底上，从而作为缓冲层来沉积氮化镓。在另一个示例里，氮化铪或氮化锆被设置于氮化镓基发光二极管中作为电流分散层(Current Spreading Layer)和金属反射器件(Metallic Reflector)来避免氮化镓沉积过程中存在的问题。
然而，在氮化镓发光二极管制备的过程中，氮化镓和过渡金属氮化物间界面可能不容易被控制。此外，在金属有机气象沉积过程中，过渡金属氮化物可能会与氢气发生反应。另外，直接在基底上成长过渡金属氮化物也有不小的挑战，这都增加了制造发光二极管的难度，同时也导致成本增加。
所以，需要提供一种新的发光装置及其制造方法，其不仅可以使发光二极管具有较高的性能而且可减少制造过程中的困难。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种发光装置。该发光装置包括基底、半导体主体、过渡层及p接触层。该半导体主体可用来产生光且包括设置于所述基底上的n型层、设置于所述n型层上的p型层及设置于所述n型层和p型层之间的发光层。该过渡层设置于所述基底上且位于所述n型层和所述基底间，该过渡层包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素。该p接触层设置于所述半导体主体的p型层上。
本发明另一个实施例提供了一种基底结构。该基底结构包括基底及过渡层。该过渡层其设置于所述基底上且其包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素。
本发明再一个实施例提供了一种制造发光装置的方法。该方法包括设置基底；在基底上成长过渡层，其中该过渡层包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素；在所述过渡层上成长n型半导体层；在所述n型半导体层上成长发光层；在所述发光层上成长p型半导体层，其中所述发光层设置于所述n型和p型半导体层之间；及在所述p型半导体层上形成有p接触层及在所述过渡层或n型半导体层上形成有n型接触层。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1为本发明设置有过渡层(Transition Layer)的发光装置的一个实施例的示意图；
图2到图3为本发明图1中所示的过渡层的两个实施例的示意图；
图4为制造本发明发光装置的一个实施例的流程示意图；
图5为本发明设置有过渡层(Transition Layer)的发光装置的另一个实施例的示意图；
图6为本发明的设置有缓冲层的图1所示发光装置的一个实施例的示意图；
图7为本发明的设置有缓冲层的图5所示发光装置的一个实施例的示意图；
图8为本发明缓冲层的一个实施例的示意图；及
图9到图10为本发明的发光装置的其他实施例的示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
图1所示为本发明设置有过渡层11的发光装置10的一个实施例的示意图。如图1所示，发光装置10包括基底结构12及设置在基底结构12上的半导体主体13。在非限定示例中，发光装置10包括发光二极管。在本示例中，基底结构12包括基底14和过渡层11。半导体主体13设置在过渡层11上，其包括第一层15、第二层16及设置在第一层15和第二层16间的发光层(Active Layer)17。第一层15设置在过渡层11上，从而位于发光层17和过渡层11间。过渡层11设置于第一层15和基底14间。在本发明实施例中，“层”并不表示材料或成分的特定厚度。
在一些示例中，发光二极管的半导体主体13包括有半导体材料，其可在发光装置10运行中产生光。在非限定示例中，第一层15可为n型层(或称为n型半导体层)，第二层16可为p型层(或称为p型半导体层)。对于业界技术人员而言，n型层和p型层指的是在相应的层中占多数的载流子(ChargeCarriers)。比如，在n型层中，占多数的载流子是电子；在p型层中，占多数的载流子为空穴(没有电子)。
在一个非限定示例中，第一层15为n型氮化镓(n-GaN)层；第二层16为p型氮化镓(p-GaN)层。发光层17包括有半导体材料，从而在该发光层17中，来自第一层15的电激励电子与来自第二层16的空穴结合产生具有特定波长的光子而产生光。在一些实施例中，发光装置10的发光层17可能包括一个双异质结(Double Heterojunction)或一个量子阱(Quantum-Well，QW)结构或一个多量子阱(Multiple-Quantum-Well，MQW)结构。
在一定的应用中，发光层17也可不设置，这样，第一层15直接与第二层16相连。在本发明实施例中，半导体主体13的结构仅是示意性的，在其他应用中，除过第一层15、第二层16和发光层17外，半导体主体13还可包括有其他合适的层。
基底14可用来支撑过渡层11和半导体主体13在其上形成。在一些应用中，基底14可包括，但不限于蓝宝石(Sapphire)、硅(Silicon)、碳化硅(SiliconCarbide，SiC)、氧化锌(Zinc Oxide，ZnO)、尖晶石(MgAl2O4)、氮化镓，氮化铝(Aluminum Nitride，AlN)、磷化镓(Gallium Phosphide，GaP)、氧化镁(Magnesium Oxide，MgO)、偏铝酸锂(Lithium Aluminate，LiAlO2)、钕镓氧化物(Neodymium Gallium Oxide，NdGaO3)、铝镁酸钪(ScAlMgO4)、Ca8La2(PO4)6O2或其组合。在一定的应用中，基底14可能包括蓝宝石、硅或碳化硅。在一个示例中，基底14包括硅。
如前所述，在传统的方法中，直接在基底14成长第一层15，比如n型氮化镓层时可会产生瑕疵。这对于发光装置的性能是不利的。如图1所示，过渡层11设置于基底14和第一层15间来促使第一层15在基底14上的成长。
在一些示例中，过渡层11可包括复数个子层(Sub-layers)。图2到图3所示为本发明发光装置10的过渡层11的两个实施例的示意图。如图2所示，过渡层11包括有第一和第二子层18、19。在本示例中，第一子层18直接设置在(或成长于)基底14上。第二子层19直接设置在第一子层18上，从而位于第一子层18和n型层15间。
在图3所示的实施例中，过渡层11包括第一、第二和第三子层18、19、20。相似的，第一子层18可直接设置在基底14上；第二子层19可直接设置(或成长)于第一子层18上；第三子层20可直接设置于第二子层19上。N型层15设置在第三子层20上，这样第三子层20就设置在n型层15和第二子层19之间。图2到图3所示的示例仅是示意性的，在一定的应用中，过渡层11可包括多个子层，比如三层或三层以上的子层。每一个子层也可进一步包括有一层或多层材料或成分。在图1到图10所示的示例中，相同的标号可表示相同或相似的元件或组分。
在一些实施例中，过渡层11可包括IIIA族-过渡金属氮化物(IIIA-Transition Metal Nitride)，从而过渡层11也可称为IIIA族-过渡金属氮化物层。在本发明实施例中，此处使用的“IIIA族-过渡金属氮化物”可指包含有IIIA族金属、过渡金属和氮(Nitrogen，N)元素的化合物。在非限定示例中，IIIA族-过渡金属氮化物可通过把IIIA族金属形成于过渡金属氮化物中，或者把过渡金属形成于IIIA族金属氮化物中来形成期望的IIIA族-过渡金属氮化物。
在本发明示例中，IIIA族金属可包括但不限于铝(Aluminum，Al)、镓(Gallium，Ga)、铟(Indium，In)、铊(Thallium，Tl)或其组合。过渡金属包括IIIB族到VB族金属，其包括但不限于钛(Titanium，Ti)、锆(Zirconium，Zr)、铪(Hafnium，Hf)、爐(Rutherfordium，Rf)或其组合。基于不同的应用，IIIA族金属和过渡金属可包括有任何合适的金属材料。在一个非限定示例中，IIIA族金属包括镓及/或铝，过渡金属包括铪及/或锆。
在本发明示例中，第一子层18可包括有Hfx”Ga1-x”N，其中x”值可处于从0到0.5的范围内(包括0和0.5)。第二子层19可包括有{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n，其中x、x’、y、y’、z和z’中每一个的值均可处于从0到1的范围内(包括0和1)；x+y+z＝1；x’+y’+z’＝1，且n为整数，其数值可处于从0到60的范围内(包括0和60)。在一些应用中，第二子层19可进一步包括有n个子层。基于不同的应用，第二子层19的n个子层中的每一层均可包括一层或多层由HfxZryAlzGa1-x-y-zN及Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结合形成的结构。在其他示例中，第一子层18可包括化合物Hfx”Zry”Alz”Ga1-x”-y”-z”N，其中x”、y”和z”值均处于从0到1的范围内，且x”+y”+z”＝1。
在一些示例中，过渡层11可进一步包括第三子层20，其可包括有化合物Hfx”’Zry”’Alz”’Ga1-x”’-y”’-z”’N，其中x”’、y”’和z”’值均处于从0到1的范围内，且x”’+y”’+z”’＝1。这样，在非限定示例中，根据不同的应用，过渡层11的结构就为：
Hfx”’Zry”’Alz”’Ga1-x”’-y”’-z”’N/{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n/Hfx”Ga1-x ”N的结构，其中x”值均处于从0到0.5的范围内，n值可处于从0到60的范围内。
在一些应用中，第一子层18、第二子层19及/或第三子层20的成分或组成物是彼此不相同的。在一定的应用中，第一子层18、第二子层19及/或第三子层20的材料或组分可相互交换。比如，第一子层18可包括{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n；第二子层19可包括Hfx”Ga1-x”N。第三子层20可设置或不设置。
在本发明实施例中，字母x、x’、x”、x”’、y、y’、y”、y”’、z、z’、z”及z”’仅是用来表示相应的化合物中铪、镓、氮、铝及锆元素的含量，其字母本身并不对本发明实施例构成任何限制，且可被其他任何合适的符号代替或彼此相互替换来表示所对应的元素的含量。比如，尽管如上所述，第一子层18可包括化合物Hfx”Zry”Alz”Ga1-x”-y”-z”N，其中x”、y”和z”值均处于从0到1的范围内，且x”+y”+z”＝1；然而，第一子层18也可被定义为包含化合物Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N，其中x’、y’和z’值均处于从0到1的范围内，且x’+y’+z’＝1，这种符号本身的变化不会对第一子层18的成分和含量构成任何限制或改变。
在一个非限定示例中，过渡层11包括化合物Hf1-xGaxN，其中x值大于0.97、0.9或等于0.995。在其他示例中，过渡层11可包括Hf1-xAlxN，其中x值小于0.01、0.17或等于0.005。在一定的应用中，每一个过渡层11的子层可包括有渐变成分(Grading Compositions)，其表示每一个子层中的一个或多个元素的含量在该层中可以是逐渐变化的。比如，当过渡层11包括有化合物Hf1-xGaxN层时，其中的x值可从0向0.03变化，或者从0.03向0变化。当过渡层11包括有化合物Hf1-xAlxN层时，x值可从0向0.17变化，或者从0.17向0变化。
这样，由于在基底14上形成有过渡层11，基底结构12就形成有具有较高质量的单晶体结构(Single-Crystal Substrate)，从而半导体主体13成长于基底结构12上来形成薄膜微腔发光装置(Thin-film Micro-cavity Light EmittingDevice)10。
与传统的过渡金属氮化物和IIIA族金属氮化物相比较，本发明实施例中的IIIA族-过渡金属氮化物具有更好的性能。比如，相较于氮化铬(HfN)、氮化铝(AlN)和氮化镓(GaN)而言，Hfx”Al1-x”N或者Hfx”Ga1-x”N具有更好的结晶性能(Crystallinity)和导电性能。在一个示例中，由于包含有IIIA族-过渡金属氮化物，HfN和GaHfN形成的HfN/GaHfN结构就比HfN和GaN形成的HfN/GaN具有更好的导电性能。IIIA族-过渡金属氮化物可更好的提升发光装置10的性能。
在本发明实施例中，HfN/GaHfN结构表示该结构可包括两层结构，一层为HfN层，另一层为HfGaN层。相似的，{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n结构可表示该结构包括n层HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结构，其中，由于x、x’、y、y’、z和z’的取值不同，基于不同的应用，每一个HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结构可包括HfxZryAlzGa1-x-y-zN层和Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N层中的一个或两个。比如当n等于1时，{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n结构表示该结构包括有一层HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结构。当n等于2时，{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n结构表示该结构包括有两层HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结构，其中，每一层HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结构均包括一个HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N结构。
在图1所示的示例中，发光装置10可进一步包括有设置于第二层16上的p接触层21，其可与第二层16间形成欧姆接触(Ohmic Contact)。在一个非限定示例中，p接触层21包括有铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。在一定的应用中，与过渡层11相似，p接触层21也可包括IIIA族-过渡金属氮化物。
此外，发光装置10还包括有第一和第二导电元件22、23。第一导电元件22可与21导电性相连，第二导电元件23可与过渡层11导电性相连，其也可分被被定义为p元件和n元件。在一些示例中，第一和第二导电元件22、23可用来作为电极端子来和电源(未图示)相连。
在发光装置10的运行过程中，第一层15和第二层16受到电激励从而分别产生电子和空穴来进一步产生光。在一些应用中，第一导电元件22可包括金属，该金属包括但不限于镍(Nickel，Ni)、金(Gold，Au)、铟锡氧化物或其组合。第二导电元件23包括有金属，其包括但不限于钛(Titanium，Ti)、铝、镍、金或其组合。在本示例中，第一导电元件22的架构是示意性的。在其他示例中，比如当第一导电元件22包括ITO时，第一导电元件22也可选择性的设置在p接触层21整个上表面(未标注)。
这样，在形成发光装置10的过程中，如图4所示，在步骤24中，先设置有基底14。在步骤25中，过渡层11形成于基底14上，从而在基底14上形成有IIIA族-过渡金属氮化物层。不同的技术或工艺方法可用来在基底14上成长过渡层11，其包括但不限于分子束外延(Molecular-beam Epitaxy，MBE)法、金属有机气象沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)法、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)法和反应溅射(Reactive Sputtering)法。
在步骤26中，半导体主体13形成于过渡层11上。在形成半导体主体13的过程中，第一层15、发光层17及/或第二层16依次成长于过渡层11上。与过渡层11形成于基底14上相似，可采用不同的技术或工艺方法来成长半导体主体13于过渡层11上。
在步骤27中，p接触层21可与第二层16电性连接。在步骤28中，第一和第二导电元件22、23分别与p接触层21和过渡层电性连接。在本示例中，第二导电元件23与过渡层11的上表面(未标注)电性连接，该上表面靠近半导体主体13。在其他示例中，如图5所示，第二导电元件(或n元件)23与第一层(或n型层)15电性连接，从而与第一导电元件22相配合来激励发光层17来产生期望的光。
在一些实施例中，由于III-V族金属氮化物和过渡层(或称为IIIA族-过渡金属氮化物层)11的过渡金属氮化物具有相似的性能，比如晶格常数(LatticeConstant)和晶体结构(Crystalline Structure)，过渡层11可较容易的与III-V族金属氮化物和过渡金属氮化物结合。在非限定示例中，III-V族金属包括铝(Aluminum，Al)、镓(Gallium，Ga)、铟(Indium，In)、铊(Thallium，Tl)或其组合。过渡金属包括但不限于钛(Titanium，Ti)、锆(Zirconium，Zr)、铪(Hafnium，Hf)、爐(Rutherfordium，Rf)或其组合。
图6所示为图1中所示的发光装置10的一个实施例的示意图。如图6所示，该发光装置10设置有缓冲层29。设置于基底结构12上的缓冲层29包括III-V族氮化物，这样过渡层11可设置于缓冲层29和n型层15之间。在本实施例中，n型层15为n-GaN层。这样，由于过渡层(或称为IIIA族-过渡金属氮化物层)11的存在，缓冲层(或称为III-V族氮化物层)29就可较容易的设置于过渡层11上，从而与基底14相接。图6与图1所示的实施例相似，二者的不同在于在图6中，缓冲层29设置于过渡层11和基底14间。在其他示例中，与图6中所示的缓冲层29相似，也可在图5所示的示例中设置有缓冲层30，就如图7所示。
在本实施例中，如图8所示，缓冲层29包括有一个或多个缓冲子层，比如第一和第二缓冲子层31、32。在图8所示的示例中，第一缓冲子层31可与基底14相连，其可包括{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n物质，其中x、x’、y和y’值均处于从0到1的范围内(包括0和1)；x+y＝1；x’+y’＝1；且n值可处于从0到60的范围内(包括0和60)。{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n结构表示第一缓冲子层31可包括化合物AlxGayIn1-x-yN层和Alx’Gay’In1-x’-y’N层中的一个或两个。第二缓冲子层32可与第一缓冲子层31相连，且其可包括化合物Alx”Gay”In1-x”-y”N，其中x”和y”值均处于从0到1的范围内(包括0和1)且x”+y”＝1。
这样，缓冲层29可具有：
Alx”Gay”In1-x”-y”N/{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n结构。在一些示例中，第一和第二缓冲子层31、32的成分可不相同。在一定的应用中，其组成物质可变换。比如，第一缓冲子层31包括化合物Alx”Gay”In1-x”-y”N，而第二缓冲子层32可包括{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n物质。在非限定示例中，缓冲层29可包括氮化铝(Aluminum Nitride，AlN)、氮化镓(Gallium Nitride，GaN)或AlxGa1-xN，其中x值处于从0到1的范围内。
图9到图10所示为本发明发光装置10的其他实施例的示意图。图9所示的示例与图1中相似，二者的不同之处在于在图9中，第二导电元件23与基底14的底面(未标注)接触。图10所示的示例与图9中的示例相似，二者不同之处在于在图10中，缓冲层33设置在过渡层11和基底14之间。缓冲层33可具有和图6中所示的缓冲层29相似的结构和材料组成。在一个非限定示例中，在图9到图10的示例中，基底14为硅基底。
在本发明的实施例中，发光装置10设置有位于半导体主体13和基底14之间的过渡层11来提升发光装置10的性能。在一定的应用中，过渡层11也可被作为缓冲层。由于在基底14上成长有过渡层11，基底结构12就形成有具有较高质量的单晶体结构(Single-Crtstal Substrate)，半导体主体13成长于基底结构12上来形成薄膜微腔发光装置(Thin-film Micro-cavity Light EmittingDevice)10。
此外，过渡层(或称为IIIA族-过渡金属氮化物层)11具有与III-V族金属氮化物和该过渡层11中的过渡金属氮化物相似的性能，比如晶格常数(Lattice Constant)和晶体结构(Crystalline Structure)，过渡层11可较容易的与III-V族金属氮化物和过渡金属氮化物结合。比如基于其中IIIA族金属含量的不同，IIIA族-过渡金属氮化物，比如Hf(Zr)xGa(Al)1-xN可在x小于0.5和x大于0.5的情况下分别与III-V族金属氮化物和过渡金属氮化物容易结合。与传统的直接在基底14上成长半导体主体13的n-GaN层15比较，本发明实施例可避免或减轻n-GaN层破裂的问题，从而提高发光装置10的质量和性能。
虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (28)

1.一种发光装置，包括：
基底；
半导体主体，其可用来产生光且包括设置于所述基底上的n型层、设置于所述n型层上的p型层及设置于所述n型层和p型层之间的发光层；
过渡层，其设置于所述基底上且位于所述n型层和所述基底间，该过渡层包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素；及
p接触层，其设置于所述半导体主体的p型层上。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中所述IIIA族金属包括铝(Aluminum)、镓(Gallium)、铟(Indium)、铊(Thallium)或其组合，所述过渡金属包括钛(Titanium)、锆(Zirconium)、铪(Hafnium)、爐(Rutherfordium)或其组合。
3.如权利要求2所述的发光装置，其中所述IIIA金属包括铝和镓中的一个或两个，所述过渡金属包括铪和锆中的一个或两个。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中所述过渡层包括有第一子层和第二子层，该第一子层包括化合物Hfx”Zry”Alz”Ga1-x”-y”-z”N，该第二子层包括{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n的化合物结构，x、x’、x”、y、y’、y”、z、z’和z”中每一个的值均处于从0到1的范围内，x+y+z＝1，x’+y’+z’＝1，x”+y”+z”＝1，n为整数，其数值处于从0到60的范围内。
5.如权利要求4所述的发光装置，其中所述过渡层包括化合物Hf1-xGaxN或Hf1-xAlxN，当过渡层包括Hf1-xGaxN时，x值大于0.97、0.9或等于0.995，当过渡层包括Hf1-xAlxN时，x值小于0.01、0.17或等于0.005。
6.如权利要求4所述的发光装置，其中所述过渡层进一步包括第三子层，该第三子层包括化合物Hfx”’Zry”’Alz”’Ga1-x”’-y”’-z”’N，x”’、y”’、和z”’中每一个的值均处于从0到1的范围内，x”’+y”’+z”’＝1。
7.如权利要求1所述的发光装置，其进一步包括设置于所述过渡层和基底间的缓冲层，该缓冲层包括有复数个缓冲子层，第一缓冲子层包括{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n化合物结构，第二缓冲子层包括化合物Alx”Gay”In1-x”-y”N，x、x’、x”、y、y’和y”中每一个的值均处于从0到1的范围内，x+y＝1，x’+y’＝1，x”+y”＝1，n为整数，其数值处于从0到60的范围内。
8.如权利要求7所述的发光装置，其中所述缓冲层包括氮化铝、氮化镓或AlxGa1-xN，x值处于从0到1的范围内。
9.如权利要求1所述的发光装置，其中所述过渡层的每一个子层均包含有渐变成分，即过渡层中的每一个子层中的一个或多个元素的含量在该层中是可逐渐变化的。
10.如权利要求1所述的发光装置，其进一步包括与所述接触层电性相连的第一导电元件和与所述过渡层或n型层电性相连的第二导电元件，所述发光装置包括利用电子和空穴结合湮灭而形成质子的电激励过程中产生光的半导体光发射装置。
11.如权利要求1所述的发光装置，其中所述n型层包括n型氮化镓层，所述p型层包括p型氮化镓层，所述基底包括蓝宝石、硅或碳化硅。
12.一种基底结构，包括
基底；及
过渡层，其设置于所述基底上，该过渡层包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物，且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素。
13.如权利要求12所述的基底结构，其中所述IIIA金属包括铝和镓中的一个或两个，所述过渡金属包括铪。
14.如权利要求13所述的基底结构，其中所述过渡层包括有第一子层和第二子层，该第一子层包括化合物Hfx”Zry”Alz”Ga1-x”-y”-z”N，该第二子层包括{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n的化合物结构，x、x’、x”、y、y’、y”、z、z’和z”中每一个的值均处于从0到1的范围内，x+y+z＝1，x’+y’+z’＝1，x”+y”+z”＝1，n为整数，其数值处于从0到60的范围内。
15.如权利要求14所述的基底结构，其中所述过渡层包括化合物Hf1-xGaxN或Hf1-xAlxN，当过渡层包括Hf1-xGaxN时，x值大于0.97、0.9或等于0.995，当过渡层包括Hf1-xAlxN时，x值小于0.01、0.17或等于0.005。
16.如权利要求14所述的基底结构，其中所述过渡层进一步包括第三子层，该第三子层包括化合物Hfx”’Zry”’Alz”’Ga1-x”’-y”’-z”’N，x”’、y”’、和z”’中每一个的值均处于从0到1的范围内，x”’+y”’+z”’＝1。
17.如权利要求12所述的基底结构，其进一步包括设置于所述过渡层和基底间的缓冲层，该缓冲层包括有复数个缓冲子层，第一缓冲子层包括{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n化合物结构，第二缓冲子层包括化合物Alx”Gay”In1-x”-y”N，x、x’、x”、y、y’和y”中每一个的值均处于从0到1的范围内，x+y＝1，x’+y’＝1，x”+y”＝1，n为整数，其数值处于从0到60的范围内。
18.如权利要求17所述的基底结构，其中所述缓冲层包括氮化铝、氮化镓或AlxGa1-xN，x值均处于从0到1的范围内。
19.如权利要求12所述的基底结构，其中所述过渡层的每一个子层均包含有渐变成分，即过渡层中的每一个子层中的一个或多个元素的含量在该层中是可逐渐变化的。
20.如权利要求12所述的基底结构，其中所述过渡层设置于所述基底上且可在其上成长n型半导体层。
21.一种制造发光装置的方法，包括：
设置基底；
在基底上成长过渡层，其中该过渡层包括复数个子层，所述复数个子层中的每层均包含有与其他子层不同的化合物，且每一个子层的化合物均包括有IIIA族金属、过渡金属和氮元素；
在所述过渡层上成长n型半导体层；
在所述n型半导体层上成长发光层；
在所述发光层上成长p型半导体层，其中所述发光层设置于所述n型和p型半导体层之间；及
在所述p型半导体层上形成有p接触层及在所述过渡层或n型半导体层上形成有n型接触层。
22.如权利要求21所述的方法，其进一步包括在所述p接触层上设置第一导电元件及在所述过渡层或n型半导体层上设置第二导电元件。
23.如权利要求21所述的方法，其中所述IIIA金属包括铝和镓中的一个或两个，所述过渡金属包括铪和锆中的一个或两个。
24.如权利要求21所述的方法，其中所述过渡层包括有第一子层和第二子层，该第一子层包括化合物Hfx”Zry”Alz”Ga1-x”-y”-z”N，该第二子层包括{HfxZryAlzGa1-x-y-zN/Hfx’Zry’Alz’Ga1-x’-y’-z’N}n的化合物结构，x、x’、x”、y、y’、y”、z、z’和z”中每一个的值均处于从0到1的范围内，x+y+z＝1，x’+y’+z’＝1，x”+y”+z”＝1，n为整数，其数值处于从0到60的范围内。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述过渡层进一步包括第三子层，该第三子层包括化合物Hfx”’Zrt”’Alz”’Ga1-x”’-y”’-z”’N，x”’、y”’、和z”’中每一个的值均处于从0到1的范围内，x”’+y”’+z”’＝1。
26.如权利要求21所述的方法，其进一步包括设置于所述过渡层和基底间的缓冲层，该缓冲层包括有复数个缓冲子层，第一缓冲子层包括{AlxGayIn1-x-yN/Alx’Gay’In1-x’-y’N}n化合物结构，第二缓冲子层包括化合物Alx”Gay”In1-x”-y”N，x、x’、x”、y、y’和y”中每一个的值均处于从0到1的范围内，x+y＝1，x’+y’＝1，x”+y”＝1，n为整数，其数值处于从0到60的范围内。
27.如权利要求21所述的方法，其中所述缓冲层包括氮化铝、氮化镓或AlxGa1-xN，x值均处于从0到1的范围内。
28.如权利要求21所述的方法，其中所述过渡层的每一个子层均包含有渐变成分，即过渡层中的每一个子层中的一个或多个元素的含量在该层中是可逐渐变化的。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514241A (zh) * 2016-01-13 2016-04-20 厦门乾照光电股份有限公司 一种具有高可靠性透明导电层的发光二极管

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10263144B2 (en) 2015-10-16 2019-04-16 Robbie J. Jorgenson System and method for light-emitting devices on lattice-matched metal substrates
WO2017205815A2 (en) * 2016-05-26 2017-11-30 Robbie Jorgenson Group iiia nitride growth system and method
US10418522B2 (en) 2016-12-20 2019-09-17 Goforward Technology Inc. Optoelectronic device and method for making the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1661818A (zh) * 2004-02-27 2005-08-31 广镓光电股份有限公司 发光二极管结构
US20070057272A1 (en) * 2005-09-12 2007-03-15 Showa Denko K.K. Gallium nitride-based semiconductor light emitting device and process for its production
CN101070472A (zh) * 2007-06-15 2007-11-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 稀土离子或过渡金属离子掺杂的铝镁酸钪荧光衬底
CN101371370A (zh) * 2005-10-29 2009-02-18 三星电子株式会社 半导体器件及其制造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6657300B2 (en) 1998-06-05 2003-12-02 Lumileds Lighting U.S., Llc Formation of ohmic contacts in III-nitride light emitting devices
US7560175B2 (en) 1999-12-31 2009-07-14 Lg Chem, Ltd. Electroluminescent devices with low work function anode
JP4710139B2 (ja) * 2001-01-15 2011-06-29 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子
US6929867B2 (en) 2002-05-17 2005-08-16 The Regents Of The University Of California Hafnium nitride buffer layers for growth of GaN on silicon
DE102004014940A1 (de) 2003-03-26 2004-10-21 Kyocera Corp. Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Aufwachsen eines Nidridhalbleiters und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
US7915624B2 (en) 2006-08-06 2011-03-29 Lightwave Photonics, Inc. III-nitride light-emitting devices with one or more resonance reflectors and reflective engineered growth templates for such devices, and methods
CN101702900A (zh) 2007-01-04 2010-05-05 代表亚利桑那州立大学行事的亚利桑那董事会 用于氮化物集成应用的硅上锆和铪硼化物合金模板
US7915147B2 (en) * 2007-09-21 2011-03-29 Seoul Opto Device Co., Ltd. Group III nitride compound semiconductor device
JP2011513953A (ja) 2008-02-25 2011-04-28 ライトウェーブ フォトニクス インク． 電流注入／トンネル発光デバイス及び方法
US9012939B2 (en) 2011-08-02 2015-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba N-type gallium-nitride layer having multiple conductive intervening layers
US9330911B2 (en) * 2011-08-22 2016-05-03 Invenlux Limited Light emitting device having group III-nitride current spreading layer doped with transition metal or comprising transition metal nitride
US20140203287A1 (en) * 2012-07-21 2014-07-24 Invenlux Limited Nitride light-emitting device with current-blocking mechanism and method for fabricating the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1661818A (zh) * 2004-02-27 2005-08-31 广镓光电股份有限公司 发光二极管结构
US20070057272A1 (en) * 2005-09-12 2007-03-15 Showa Denko K.K. Gallium nitride-based semiconductor light emitting device and process for its production
CN101371370A (zh) * 2005-10-29 2009-02-18 三星电子株式会社 半导体器件及其制造方法
CN101070472A (zh) * 2007-06-15 2007-11-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 稀土离子或过渡金属离子掺杂的铝镁酸钪荧光衬底

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514241A (zh) * 2016-01-13 2016-04-20 厦门乾照光电股份有限公司 一种具有高可靠性透明导电层的发光二极管
CN105514241B (zh) * 2016-01-13 2018-07-03 厦门乾照光电股份有限公司 一种具有高可靠性透明导电层的发光二极管

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