CN1251335C - 以氮化镓为基底的半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体发光装置，其较佳实施例提供一种半导体发光二极管，包括一个基底、一个被设置在该基底上的n型材料层、一个被设置在n型材料层的一侧上并与其相齐平的n++材料层。再者，一个p+材料层被设置在根据本发明的发光二极管的n++材料层上，而一个p型材料层被更进一步地设置在p+材料层上。一个p型包层被设置在p型材料层上。一个多重量子阱层被设置在p型包层上，并且一个n型包层被更进一步地设置在多重量子阱层上。一个第二n型材料层被设置在n型包层上。一个n+材料层被设置在根据本发明的发光二极管的第二n型材料层上。在进行局部蚀刻后，形成一个第一n型电极与n++材料层对立而置，并且一个第二n型电极(未进行蚀刻)被形成在n+材料层上。

Description

以氮化镓为基底的半导体发光装置及其制造方法
发明领域
本发明涉及一种半导体发光装置，尤其涉及一种以氮化镓为基底的半导体装置。
背景技术
在现有技术中，多重量子阱结构(MQW)可用于光学晶格，其中不同的多重量子阱结构经由与一相关电磁场的相互作用而被黏合耦合。在多重量子阱结构中的光和物质的相互作用取决于其结构而定，并且可以被显著地且可控制地进行修改。用于多重量子阱结构的III-V族氮化物可用于蓝光波长以及紫外光波长的光电应用中而作为高功率、高温的半导体，但是目前仅有实用装置被发展出来。
图1为一方块图，其中描绘了在现有技术中，以氮化镓为基底的III-V族化合物半导体发光二极管的结构。发光二极管100具有一个其上被设置有一N型氮化镓层102的基底101。n型半导体为一种在传导带中的电子密度超出在价电子带中的空穴密度的半导体类型。n型半导体的反应是通过将例如是硅、锗、硒、硫或碲等施体附加至III-V族氮化物的晶体结构中所致生。多重量子阱结构层103被安置在n型氮化镓层102的一侧，而一个n型电极104被安置在n型氮化镓层102上相对于多重量子阱结构层103的一侧。一p型氮化镓层105被安置在多重量子阱结构层103上，并且一个透明传导层106被安置在p型氮化镓层105上。p型半导体为一种在价电子带中的空穴密度超出在传导带中的电子密度的半导体类型。p型半导体的反应是通过将例如是铍、锶、钡、锌或镁等受体附加至III-V族氮化物的晶体结构中所致生。一个p型电极107被安置在透明传导层106上。
图1A为一个方块图，其中描绘说明了在现有技术中，以氮化镓为基底的III-V族化合物半导体激光二极管(LD)的结构。激光二极管100a包括有一个其上被设置有一n型氮化镓层102a的基底101a。一个n型包层108a被设置在n型氮化镓层102a的一侧，而一个n型电极104a被设置在n型氮化镓层102a上相对于n型包层108a的一侧。多重量子阱结构层103a被设置在n型包覆层108a上。此外，一个p型包层106a被设置在多重量子阱结构层103a上。一个p型氮化镓层105a被安置在p型包层106a上。一个p型电极107a被安置在p型包层106a上。
在参照图1以及图1A所描述的传统结构中，因为p型III-V族氮化物会生长在多重量子阱之后，并且需要相当高的生长温度，为了不会影响到多重量子阱的结构和品质，p型氮化镓的生长温度不应过高，并且生长时间不应过长。在此状况中，p型氮化镓的空穴浓度、晶体品质、以及厚度无法获得改善。另外，在发光二极管中，因为p型氮化镓会吸收来自多重量子阱的光线，如果p型氮化镓的厚度增加，其将会对发光效益造成不利影响。然而，如果p型氮化镓的空穴浓度无法增大，其将会造成薄层电阻相当地高，如此在电流流经其间之时，其将会倾向于垂直传导而非人们所期望的水平地散布在组件表面上。当p型氮化镓薄膜厚度降低时，此现象将会相当明显，而造成发光二极管的发光效益及发光区域大小被显著降低。
现有的解决方案是包括有在发光二极管的p型氮化镓层上沉积有一薄透明金属传导层，并且使用此一传导层以使电流均匀散布在组件表面上，从而增大发光区域及效益。然而，由于p型氮化镓层具有极高的功函数(work function)，没有一种金属能够与其一起有效地形成一天然欧姆接点。有效的欧姆接点是很重要的，这是由于半导体装置的效能(例如是操作电压)会受到接点电阻相当大的影响。此外，提升p型氮化镓层的浓度是相当困难的，并且p型氮化镓层的表面是很容易受到空气中微粒的污染及氧化。这些因素会使得难以达成介于p型氮化镓层与一金属传导层间的有效欧姆接点，从而影响到其电性。在现有技术中亦有其它人尝试解决这些问题，包括利用不同类型的金属层、表面清洁方式、以及背景气体和热处理，但其却无法提供一种令人满意的欧姆接点。另外，在现有技术中介于金属传导层与p型氮化镓层间的透明度无法达到百分之百。在现有技术中的这些以及其它缺点产生了一种针对光学半导体发光装置结构的需求，以及一种针对以氮化镓为基底的III-V族化合物半导体发光装置(包括有发光二极管以及激光二极管)的新颖及最佳结构的需求。
发明内容
根据本发明的一较佳实施例，提供有一种新颖且最佳的半导体发光装置，其中包括有一个基底、一个被设置在该基底上的n型材料层、一个被设置在n型材料层的一侧上并与其相齐平的n++材料层。再者，一个p+材料层被设置在根据本发明的装置的n++材料层上，而一个p型材料层被更进一步地设置在p+材料层上。一个p型包层被设置在p型材料层上。一个多重量子阱层被设置在p型包层上，并且一个n型包层被更进一步地设置在多重量子阱层上。一个第二n型材料层被设置在n型包层上。一个n+材料层被设置在根据本发明的装置的第二n型材料层上。在进行局部蚀刻之后，一个第一n型电极被设置在该n型材料层上，与n++材料层对立而置，并且一个第二n型电极(未进行蚀刻)被形成在n+材料层上。
本发明提供了一种用于制造半导体发光装置的相应方法。根据本发明的方法的较佳实施例，包括有以下步骤：在一基底上形成一个n型材料层；在该n型材料层上形成一个n++材料层而使此n++材料层与n型材料层的一侧相齐平；在该n++材料层上形成一个p+型材料层；在该p+型材料层上形成一个p型材料层；在该p型材料层上形成一个p型包层；在该p型包层上形成一个多重量子阱层；在该多重量子阱层上形成一个n型包层；在该n型包层上形成一个第二n型材料层；在该第二n型材料层上形成一个n+型材料层；对发光二极管进行局部蚀刻；在该n型材料层上形成一个与该n++材料层对立而置的n型电极；以及在该n+材料层上形成一个第二n型电极。
本发明更进一步地提供了一种根据本发明的发光二极管的额外实施例。根据此特殊实施例的发光二极管包括有一个蓝宝石基底，其上具有一个被设置于其上的n型氮化镓层。一个n+型氮化镓层被形成并设置在该n型氮化镓层上并与其一侧相齐平。一个欧姆接点被形成在该n型氮化镓层上，与该n+型氮化镓层对立而置。一个p型氮化镓层被设置在该n+型氮化镓层上。一个由氮化铟镓及氮化镓所制成的多重量子阱层被设置在该p型氮化镓层上。另一个n型氮化镓层被设置在该多重量子阱层上。一个第二欧姆接点被设置在此n型氮化镓层上。欧姆接点可以从钛、铝、或是金而以不同层叠的组合方式所制成。
本发明更提供了用于形成根据本发明发光二极管的更进一步的实施例。根据本发明此一特殊实施例的方法包括有以下步骤：在一蓝宝石基底上形成一个n型氮化镓层；在该n型氮化镓层上形成一个n+型氮化镓层并使其与n型氮化镓层的一侧相齐平；在该n+型氮化镓层上形成一个p型氮化镓层；在该p型氮化镓层上形成一个多重量子阱层(由氮化铟镓及氮化镓所制成)；在该多重量子阱层上形成一个第二n型氮化镓层；对该发光二极管进行局部蚀刻；在该n型氮化镓层上形成一个与该n+型氮化镓层对立而置的欧姆接点；以及在该第二n型氮化镓层上形成一个第二欧姆接点。欧姆接点可以从钛、铝、或是金而以不同层叠的组合方式所制成。
附图简单说明
本发明较佳及其它实施例将在下文中连同附图(并不需要依比例绘制)一起进行更详细说明，其中的附图为：
图1及图1A的方块图描绘说明了在现有技术中半导体发光装置的传统结构；
图2的方块图描绘说明了根据本发明一较佳实施例的半导体发光装置的结构；
图3的流程图描绘说明了根据本发明较佳实施例的方法的过程步骤；
图4为说明光强(纵坐标)与操作电流(横坐标)的图表，其说明根据本发明的发光二极管的增强效能优于现有技术中的传统发光二极管；
图5的方块图描绘说明了根据本发明的半导体发光二极管结构的另一实施例；
图6的流程图描绘说明了相应于图5所显示根据本发明实施例的方法的过程步骤；
图7为X光光强(纵坐标)与角度(横坐标)的图表，其中说明了针对显示在图5中的本发明发光二极管以及现有技术中的传统发光二极管的反射，所纪录的X光振动曲线(XRC)；以及
图8示出根据本发明实施例的发光二极管(如同显示在图5中者)，在5毫安至100毫安的操作范围中进行操作的发光影像。
图标主要组件符号说明
100   发光二极管
100a  激光二极管
101   基底
101a  基底
102   n型氮化镓层
102a   n型氮化镓层
103    多重量子阱结构层
103a   多重量子阱结构层
104    n型电极
104a   n型电极
105    p型氮化镓层
105a   p型氮化镓层
106    透明传导层
106a   p型包层
107    p型电极
107a   p型电极
108a   n型包层
200    发光装置
201    基底
202    n型材料层
203    n++材料层
204    第一n型电极
205    p+材料层
206    p型材料层
207    多重量子阱层
208    n型材料层
209    n+材料层
210    第二n型电极
211    p型包层
212    n型包层
500    发光二极管
501    蓝宝石基底
502      n型氮化镓层
503      n+型氮化镓层
504      欧姆接点
505      p型氮化镓层
506      多重量子阱层
507      n型氮化镓层
508      欧姆接点
具体实施方式
图2为一方块图，其中描绘说明了一个利用根据本发明一较佳实施例的多重量子阱结构的发光装置200(包含发光二极管及激光二极管)的结构。在较佳实施例之中，装置200包括若干层由以氮化镓为基底的III-V族化合物半导体AlxInyGa1-x-yN所制成的材料层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。多重量子阱层是从Alx1Iny1Ga1-x1-y1N以及Alx2Iny2Ga1-x2-y2N所构成的一组中所选择之一化合物所制成的多重量子阱层，其中0≤x1≤1，0≤y1≤1，以及0≤x1+y1≤1，0≤x2≤1，0≤y2≤1，以及0≤x2+y2≤1，x1≠x2以及y1≠y2。
装置200包括有一基底201(例如是蓝宝石基底)，该基底201具有一个被设置于其上的n型材料层202。n型材料层202是通过在基底201的表面上进行外延生长所形成的。外延或是外延生长为在一结晶基底上进行一种在控制下的结晶层(亦即外延层)生长。一个n++材料层203被设置在n型材料层202上并与其一侧相齐平。n++材料层203为通过在n型材料层202的表面上进行外延生长所形成的。一个p+材料层205被设置在n++材料层203上，并且一个p型材料层206被设置在p+材料层205上。p+材料层205为通过在n++材料层203的表面上进行外延生长所形成的，而p型材料层206是通过在p+材料层205的表面上进行外延生长所形成的。一个p型包层211是通过在p型材料层206的表面上进行外延生长而被设置于其上。一个多重量子阱(MQW)层207被设置并形成在p型包层211之上。多重量子阱层207是通过在p型包层211的表面上进行外延生长所形成的。一个n型包层212是通过在多重量子阱层207的表面上进行外延生长而被形成于其上。另一个n型材料层208被设置并形成在n型包层212上。n型材料层208是通过在n型包层212的表面上进行外延生长所形成的。一个n+型材料层209被设置在n型材料层208上。n+型材料层209是通过在n型材料层208的表面上进行外延生长所形成的。在对装置200进行局部蚀刻之后，一个n型电极204被形成在n型材料层202的表面上，与n++材料层203对立而置，并且一个第二n型电极210被形成(未进行蚀刻)在n+型材料层209上。蚀刻为一种通过化学、电解、或是等离子体(离子冲击)方式而将材料(例如是氧化物或是其它薄膜)从一半导体晶圆上移除的过程。材料层202、203、205、206、207、208、209、211、以及212的每一个依序经由外延生长方式而被形成在其下方材料层的表面上。多重量子阱层以及上方n型III-V族氮化物层的外延生长可以在氮气或氢气的环境中施行。本发明使p型材料层以及n型材料层的垂直位置倒置，并且利用位于底部层处的n+型/p+型隧道二极管界面来进行电流散布。隧道二极管是一种重掺杂pn结二极管(heavily doped junction diode)，其于操作范围的向前方向上具有负电阻。根据本发明的p型材料层的外延生长温度较高而有利于达成最佳电性。
图3为一个流程图，其中描绘说明了根据本发明一较佳实施例的方法的过程步骤。根据本发明此一较佳实施例的方法包括有以下步骤：将一个n型材料层202形成在一个基底201上(步骤301)；将一个n++型材料层203形成在n型材料层202上并与其一侧相齐平(步骤302)；将一个p+型材料层205形成在n++型材料层203上(步骤303)；将一个p型材料层206形成在p+型材料层205上(步骤304)；将一个p型包层211形成在p型材料层206上(步骤305)；将一个多重量子阱层207形成在p型包层211上(步骤306)；将一个n型包层212形成在多重量子阱层207上(步骤307)；将另一个n型材料层208形成在n型包层212上(步骤308)；将一个n+型材料层209形成在n型材料层208上(步骤309)；对装置200进行局部蚀刻(步骤310)；将一个n型电极204形成在n型材料层202上，与n++型材料层203对立而置(步骤311)；以及将一个第二n型电极210形成(不进行蚀刻)在n+型材料层209上(步骤312)。材料层202、203、205、206、207、208、209、211、以及212的每一个依序经由外延生长方式而被形成在其下方材料层的表面上。多重量子阱层以及上方n型III-V族氮化物层的外延生长可以在氮气或氢气的环境中施行。n型电极204为在n型材料层的表面上蚀刻进入其中一选定深度。在此一较佳实施例之中，n++型材料层203以一种大体上均匀的方式而提供水平电流散布在p型材料层(例如是p+型材料层205)中。再者，n++-p+界面(n++型材料层203与p+型材料层205间的界面)形成了一个容许穿隧通过该界面的隧道二极管。本发明使p型材料层以及n型材料层的垂直位置倒置，并且利用位于底部层处的n+型/p+型隧道二极管界面来进行电流散布。根据本发明的p型材料层的外延生长温度较高而有利于达成最佳电性。根据本发明的装置在应用至发光二极管组件时并不需要一透明传导层来作为顶部电极。
图4为光强(纵坐标)与操作电流(横坐标)的图表，其中说明了根据本发明的发光二极管(如图2中所示)的增强效能优于现有技术中的传统发光二极管。发光二极管是由以氮化镓为基底的III-V族化合物AlxInyGa1-x-yN所制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。根据本发明的发光二极管是通过使n型材料层位于多重量子阱层的顶部上，并使p型材料层位于多重量子阱下方，而得以克服现有技术中的传统发光二极管结构的前述及其它缺点。此一新颖结构提供了以下优点：(1)n型III-V族氮化物与金属的接点电阻大体上低于p型III-V族氮化物与金属的接点电阻，并且更进一步地提供了较佳的欧姆接点。(2)由于使n型III-V族氮化物的生长并不需要极高的温度，其生长于多重量子阱层之后将不会对多重量子阱的结构和品质造成不利影响。再者，当生长是在低温下进行时，在p型材料层中的镁(Mg)将不会扩散进入多重量子阱层结构中。换言之，人们了解的是，在晶体生长时会产生缺陷，而低温工艺可以减少缺陷，特别的情况是，不掺杂任何杂质所生长的氮化镓据观察为成n型材料层，而其最佳样本显示出一个大约5×1016cm-3的补偿电子浓度。(3)根据本发明的装置的特殊结构容许p型III-V族氮化物(例如是p型材料层206以及p+型材料层205)在厚度上能够增加，其将改善不利的电流拥挤现象(这在发光二极管中特别重要)，其将不会吸收光强，并且其将不会影响装置中多重量子阱层的结构和品质。(4)p型III-V族氮化物的生长温度可以被提升以改善空穴浓度及晶体品质，并在同时不会不利地影响多重量子阱层的结构和品质，从而改善发光二极管的特性。在激光二极管中，晶体品质以及载子浓度比在发光二极管中更为重要，用以获得最佳效能特性。而此对于制造绿光发光二极管以及激光二极管而言特别有用，这是因为在绿光发光二极管中的多重量子阱是在相对低的温度下进行生长者所致，因此其会受到随后材料层的晶体生长温度的强烈影响。(5)在传统发光二极管中的p型III-V族氮化物光强吸收问题可以被解决，而这会导致较高的发光效率(此特别可应用在紫外光发光二极管中，这是由于其波长较短而具有较强的光能量，因此较容易被p型材料层所吸收；经由实质上消除p型材料层的吸收，本发明能够提供发光效率的显著增强)。(6)由于多重量子阱层以及上方n型III-V族氮化物层的晶体生长可以在氮气的环境中施行，在p型材料层之后的生长可以形成p型III-V族氮化物层。因此并不需要针对p型材料层的特性而施行额外处理。(7)由于在本发明中并不需要将透明传导层(TCL，例如是图1中的透明传导层106)运用至发光二极管组件，发光效率并不会受到不利影响(这是由于透明传导层的透明度不可能达到百分之百，光强将会有所损失之故)，并且在此一示例中，并不需要针对透明度与电性间进行如传统般的互相交易(亦即为了改善电性而牺牲部分透明度的状况)，从而实现发光效率的增强。
图5为一个方块图，其中描绘说明了利用根据本发明一较佳实施例的多重量子阱的发光二极管的另一个实施例。发光二极管是由以氮化镓为基底的III-V族化合物AlxInyGa1-x-yN所制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。发光二极管500包括有一个蓝宝石基底501，一个n型氮化镓层502被设置在蓝宝石基底501上。n型氮化镓层502是通过在基底501的表面上进行外延生长所形成。一个n+型氮化镓层503被设置在n型氮化镓层502上并与其一侧相齐平。n+型氮化镓层503是通过在n型氮化镓层502的表面上进行外延生长所形成。一个p型氮化镓层505被设置在n+型氮化镓层503上。p型氮化镓层505是通过在n+型氮化镓层503的表面上进行外延生长所形成。一个由氮化铟镓及氮化镓所制成的多重量子阱层506被设置并形成在p型氮化镓层505上，并且一个n型氮化镓层507被设置并形成在多重量子阱层506上。多重量子阱层506是通过在p型氮化镓层505的表面上进行外延生长所形成，而n型氮化镓层507是通过在多重量子阱层506的表面上进行外延生长所形成。在对发光二极管500进行局部蚀刻之后，一个欧姆接点504被形成在n型氮化镓层502的表面上而相对于n+型氮化镓层503，并且一个第二欧姆接点508被形成(不进行蚀刻)在n型氮化镓层507上。欧姆接点504和508可以由钛、铝、或是金而以不同层叠的组合方式(例如是钛/铝、钛/金、钛/铝/钛/金、钛/铝/金、铝、或是金)所制成。材料层502、503、505、506、以及507的每一个依序经由外延生长方式而被形成在其下方材料层的表面上。多重量子阱层以及上方n型III-V族氮化物层的外延生长可以在氮气或氢气的环境中施行。本发明使p型材料层以及n型材料层的垂直位置倒置，并且利用位于底部层处的n+型/p+型隧道二极管界面来进行电流散布。根据本发明的p型材料层的外延生长温度较高而有利于达成最佳电性。根据本发明的装置在应用至发光二极管组件时并不需要一透明传导层来作为顶部电极。
特别显示在图5中的层叠结构包括有一个3μm厚的n型氮化镓缓冲层502、20nm厚的n+型氮化镓层503、1μm厚的p型氮化镓层505、五对InxGa1-xN阱(3nm)及氮化镓垒的(10nm)多重量子阱层506、以及一个0.3μm厚的n型氮化镓层507。根据对发光二极管500进行X光衍射所决定的生长测定曲线，在氮化铟镓阱中的氮化铟莫尔浓度大约为0.1。针对n型氮化镓层502的欧姆接点504为由钛-铝(30nm/500nm)所制成。发光二极管500具有一种具有300×300μm2的面积的平面结构(mesa structure)。
图6为一个流程图，其中说明了用于制造根据本发明图5所显示的发光二极管500的方法。在步骤601，一个n型氮化镓层502被形成并设置在蓝宝石基底501上。n型氮化镓层502是通过在基底温度为摄氏460度的温度下，在c-面(c-face)基底501的表面上进行外延生长所形成的。再者，n型氮化镓层502是通过低压金属有机化学气相沉积法而在基底501的表面上进行外延生长所形成的。化学气相沉积法(CVD)为一种气相工艺，其是在一个提高的温度下将薄膜或金属沉积在一个晶圆上。降低压力通常被使用以促进在化学气相沉积过程中的化学反应。氨气(NH3)、三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMI)、二环戊二烯合镁(biscyclopentadienil magnesium；Cp2Mg)、以及硅甲烷(SiH4)被使用作为前体(precursors)及掺杂物。掺杂是将一选定化学不纯物(掺杂物)导入半导体的晶体结构之中，用以改变其电特性。举例而言，将硅加入氮化镓中会使得半导体材料更趋近n型材料。掺杂浓度的范围可从每百万分之几(针对阻抗半导体区域)至百分之几(针对高传导区域)。
在步骤602中，一个n+型氮化镓层503被形成并设置在n型氮化镓层502上并与其一侧相齐平。n+型氮化镓层503是在基底温度为摄氏1050度的温度下，通过在n型氮化镓层502的表面上进行外延生长所形成的。在步骤603之中，一个p型氮化镓层505被形成并设置在n+型氮化镓层503上。p型氮化镓层505是在基底温度为摄氏1050度的温度下，通过在n+型氮化镓层503的表面上进行外延生长所形成的。在步骤604中，一个由氮化铟镓及氮化镓所制成的多重量子阱层506被设置并形成在p型氮化镓层505上。多重量子阱层506是在基底温度为摄氏720度的温度下，通过在p型氮化镓层505的表面上进行外延生长所形成的。在步骤605中，一个n型氮化镓层507被设置并形成在多重量子阱层506上。n型氮化镓层507是在基底温度为摄氏950度的温度下，通过在多重量子阱层506的表面上进行外延生长所形成的。发光二极管500接着进行局部蚀刻，用以形成欧姆接点(步骤606)。在步骤607中，一个欧姆接点504被形成在n型氮化镓层502上并相对于n+型氮化镓层503。在步骤608中，一个第二欧姆接点508被形成在n型氮化镓层507上。欧姆接点504和508可以由钛、铝、或是金而以不同层叠的组合方式(例如是钛/铝、钛/金、钛/铝/钛/金、钛/铝/金、铝、或是金)所制成。材料层502、503、505、506、以及507的每一个依序经由外延生长方式而被形成在其下方材料层的表面上。多重量子阱层以及上方n型III-V族氮化物层的外延生长可以在氮气或氢气的环境中施行。本发明使p型材料层以及n型材料层的垂直位置倒置，并且利用位于底部层处的n+型/p+型隧道二极管界面来进行电流散布，而不需要一透明传导层来作为顶部电极；根据本发明的p型材料层的外延生长温度较高而有利于达成最佳电特性。
图7为X光强度(纵坐标)与角度(横坐标)的图表，其中说明了针对本发明的发光二极管500以及现有技术的传统发光二极管的反射所纪录的X光振动曲线(X-ray rocking curves；XRC)。从这些X光衍射曲线可知，-3至+2次方的峰值可以为人们所明显观察到。这些明显的峰值所指出的是，多重量子阱层与阻隔层的界面是充分平稳的。
图8为说明根据本发明的发光二极管500(如在图5中所示)，在5mA至100mA的操作范围中进行操作，尤其是在1mA、5mA、20mA、以及100mA下进行操作的发光影像。特别的情况是，在20mA的操作电流下进行操作的发光二极管500的输出功率(mW)大体上为现有技术中传统发光二极管的输出功率的两倍。发光二极管500以及传统发光二极管的整体效率可以通过以下方程式来进行计算：
Iph＝Tot*I/e，              (1)
Po＝Iph*Eph，              (2)
其中，Iph代表每秒所产生的光子，Tot代表发光二极管的整体效率。I以及e分别代表注入电流(injecting current)以及电子电荷。Po为发光二极管的输出光学功率，而Eph为每一光子的能量。在发光二极管500以及传统发光二极管二者的电致发光频谱中的峰值波长大约为468nm。根据这两个方程式，在操作电流为20mA时，传统发光二极管与根据本发明的发光二极管的整体效率分别为9.5％以及17.0％。据此，根据本发明的发光二极管500的Tot大体上为传统发光二极管的功率输出的两倍。
虽然以上为特定实施例的完整描述，然而不同的修改样式、替换结构以及等效物可以被使用。举例而言，根据本发明的方法的过程步骤将包括有包含实质相同过程步骤以达成实质相同结果的方法。因此，以上描述及说明不应被认为是本发明范围的一种限制，本发明的范围通过权利要求书而被更进一步地界定。

Claims (28)

1、一种半导体发光装置，其中包括有：
一个基底；
一个n型材料层，其被设置在该基底上；
一个n++材料层，其被设置在该n型材料层上并与其一侧相齐平；
一个p+材料层，其被设置在该n++材料层上；
一个p型材料层，其被设置在该p+材料层上；
一个p型包层，其被设置在该p型材料层上；
一个多重量子阱层，其被设置在该p型包层上；
一个n型包层，其被设置在该多重量子阱层上；
一个第二n型材料层，其被设置在该n型包层上；
一个n+材料层，其被设置在该第二n型材料层上；
一个第一n型电极，被设置在未被该n++材料层覆盖的该n型材料层上；以及
一个第二n型电极，其被设置在该n+材料层上。
2、根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，所述各材料层是由III-V族化合物AlxInyGa1-x-yN所制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。
3、根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，该多重量子阱层是从Alx1Iny1Ga1-x1-y1N以及Alx2Iny2Ga1-x2-y2N所构成的一群中所选择的一化合物所制成的多重量子阱层，其中0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1≠x2以及y1≠y2。
4、根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，该基底是从蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓以及氮化镓所构成的一群中所选择出来的。
5、根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中，该装置是从发光二极管以及激光二极管所构成的一群中所选择出来的。
6、根据权利要求1所述的半导体发光装置，其中该n++材料层与该p+材料层间之界面构成一隧道二极管。
7、一种制造半导体发光装置的方法，其系包括有以下步骤：
在一基底上形成一个n型材料层；
在该n型材料层上形成一个n++材料层，使此n++材料层与n型材料层的一侧相齐平；
在该n++材料层上形成一个p+型材料层；
在该p+型材料层上形成一个p型材料层；
在该p型材料层上形成一个p型包层；
在该p型包层上形成一个多重量子阱层；
在该多重量子阱层上形成一个n型包层；
在该n型包层上形成一个第二n型材料层；
在该第二n型材料层上形成一个n+型材料层；
对该装置进行局部蚀刻；
在未被该n++材料层覆盖的该n型材料层上形成一个n型电极；以及
在该n+材料层上形成一个第二n型电极。
8、根据权利要求7所述的制造半导体发光装置的方法，其中，所述各材料层是由III-V族化合物AlxInyGa1-x-yN所制成的，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。
9、根据权利要求7所述的制造半导体发光装置的方法，其中，该n型材料层、该n++型材料层、该p+型材料层、该p型材料层、该p型包层、该多重量子阱层、该n型包层、该第二n型材料层以及该n+型材料层是通过外延生长所形成的。
10、根据权利要求9所述的制造半导体发光装置的方法，其中，该外延生长是被执行在一个从氮气与氢气所构成的一群中所选择出来的气体中。
11、根据权利要求7所述的制造半导体发光装置的方法，其中，该多重量子阱层是从Alx1Iny1Ga1-x1-y1N以及Alx2Iny2Ga1-x2-y2N所构成的一群中所选择的一化合物所制成的多重量子阱层，其中0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤x1+y1≤1，0≤x2≤1，0≤y2≤1，0≤x2+y2≤1，x1≠x2以及y1≠y2。
12、根据权利要求7所述的制造半导体发光装置的方法，其中，该基底是从蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓以及氮化镓所构成的一群中所选择出来的。
13、根据权利要求7所述的制造半导体发光装置的方法，其中，该装置是从发光二极管以及激光二极管所构成的一群中所选择出来的。
14、根据权利要求7所述的制造半导体发光装置的方法，其中，该n++型材料层以及该p+型材料层形成一个隧道二极管。
15、一种半导体发光二极管，其中包括有：
一个n型氮化镓层，其被形成并设置在一蓝宝石基底上；
一个n+型氮化镓层，其设置在该n型氮化镓层上并与其一侧相齐平；
一个p型氮化镓层，其设置在该n+型氮化镓层上；
一个多重量子阱层，其设置在该p型氮化镓层上；
一个第二n型氮化镓层，其设置在该多重量子阱层上；
一个欧姆接点，其设置在未被该n+型氮化镓层覆盖的该n型氮化镓层部分上；以及
一个第二欧姆接点，其被设置在该第二n型氮化镓层上。
16、根据权利要求15所述的半导体发光二极管，其中，该欧姆接点的材料为选自由钛、铝、以及金所构成的族群。
17、根据权利要求15所述的半导体发光二极管，其中，该第二欧姆接点的材料为选自由钛、铝、以及金所构成的族群。
18、根据权利要求15所述的半导体发光二极管，其中，该欧姆接点的材料为选自由钛/铝结构、钛/金结构、钛/铝/钛/金结构、钛/铝/金结构、铝结构、以及金结构所构成的族群。
19、根据权利要求15所述的半导体发光二极管，其中，该第二欧姆接点的材料为选自由钛/铝结构、钛/金结构、钛/铝/钛/金结构、钛/铝/金结构、铝结构、以及金结构所构成的族群。
20、根据权利要求15所述的半导体发光二极管，其中，该多重量子阱层的材料为选自由氮化铟镓及氮化镓所构成的族群。
21、根据权利要求15所述的半导体发光二极管，其中，该发光二极管由以氮化镓为基底的III-V族化合物AlxInyGa1-x-yN所制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。
22、一种制造半导体发光二极管的方法，其中包括有以下步骤：
在一蓝宝石基底上形成一个n型氮化镓层；
在该n型氮化镓层上形成一个n+型氮化镓层并使其与n型氮化镓层的一侧相齐平；
在该n+型氮化镓层上形成一个p型氮化镓层；
在该p型氮化镓层上形成一个多重量子阱层；
在该多重量子阱层上形成一个第二n型氮化镓层；
对该发光二极管进行局部蚀刻；
在该n型氮化镓层上形成一个与该n+型氮化镓层对立而置的欧姆接点；以及
在该第二n型氮化镓层上形成一个第二欧姆接点。
23、根据权利要求22所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，该欧姆接点由钛、铝、以及金所构成的一群中所选择出的一元素所制成。
24、根据权利要求22所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，该第二欧姆接点由钛、铝、以及金所构成的一群中所选择出的一元素所制成。
25、根据权利要求22所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，该欧姆接点由钛/铝结构、钛/金结构、钛/铝/钛/金结构、钛/铝/金结构、铝结构、以及金结构所构成的一群中所选择出来的一结构所制成。
26、根据权利要求22所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，该第二欧姆接点由钛/铝结构、钛/金结构、钛/铝/钛/金结构、钛/铝/金结构、铝结构、以及金结构所构成的一群中所选择出来的一结构所制成。
27、根据权利要求22所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，该多重量子阱层由氮化铟镓及氮化镓所构成的一群中所选择出来的一化合物所制成。
28、根据权利要求22所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，该发光二极管由以氮化镓为基底的III-V族化合物AlxInyGa1-x-yN所制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1。
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