TW201411877A - 光學裝置以及發光裝置及其製造方法 - Google Patents

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Tzu-Te Yang
Hon-Way Lin
Chung-Pao Lin
Kuan-Chun Chen
Ching-Yu Chen
You-Da Lin
Hao-Chung Kuo
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Abstract

本案發明是納入一發光裝置。上述發光裝置包含：一n摻雜氮化鎵層。上述n摻雜氮化鎵(n-GaN)層是位於一基底的上方，多重量子井層是位於上述n摻雜氮化鎵層的上方，電子阻擋層是位於上述多重量子井層的上方，p摻雜氮化鎵(p-GaN)層是位於上述電子阻擋層的上方。上述發光裝置包含一電洞注入層。在某些實施例中，上述電洞注入層包含一p摻雜氮化銦鎵(p-InGaN)層，其是嵌於下列三個位置之一：在上述多重量子井層與上述電子阻擋層之間；在上述電子阻擋層與上述p摻雜氮化鎵層之間；以及在上述p摻雜氮化鎵層的內部。

Description

光學裝置以及發光裝置及其製造方法
本發明是關於III-V族化合物裝置，特別是關於改善例如氮化鎵(GaN)裝置等地III-V族化合物裝置的效率與衰減率(droop rate)。
近年來，半導體工業已歷經快速的成長。在半導體材料及設計的技術上的進步已製造出用於不同目的的各種形式的裝置。這些裝置的某些形式的製造會需要在一基底上形成一或多層的III-V族化合物層，例如在一基底上形成一氮化鎵層。使用III-V族化合物的裝置可包含發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置、雷射二極體(laser diode；LD)裝置、射頻(radio frequency；RF)裝置、高電子遷移率電晶體(high-electron mobility transistor；HEMT)裝置及/或高功率半導體裝置。這些裝置的某一些例如發光二極體裝置與雷射二極體裝置，是用來當電壓施加時因為電子-電洞再結合(electron-hole recombination)而發出光線。
然而，傳統的發光二極體裝置與雷射二極體裝置具有較差的電洞注入率與較差的電洞散佈，而導致發光二極體裝置與雷射二極體裝置之輸出功率的減少與大幅度的效率衰 減。
因此，儘管現有的發光二極體裝置與雷射二極體裝置總體而言已大致可滿足其設計上的目的，但仍無法完全在各方面令人滿意。業界仍持續尋求具有較佳的電洞注入能力與電洞散佈能力的發光二極體裝置與雷射二極體裝置。
有鑑於此，本發明的一實施例是提供一種光學裝置，包含：一n摻雜III-V族化合物層、一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層、一p摻雜III-V族化合物層以及一電洞注入(hole injection)層。上述n摻雜III-V族化合物層是置於一基底的上方，上述多重量子井層是置於上述n摻雜III-V族化合物層的上方，上述p摻雜III-V族化合物層是置於上述多重量子井層的上方，上述電洞注入層是置於上述多重量子井層與上述p摻雜III-V族化合物層之間，其中上述電洞注入層包含與上述p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
在上述的光學裝置中，上述電洞注入層的上述p摻雜III-V族化合物材料較好為包含摻鎂的氮化銦鎵(InGaN)。
在上述的光學裝置中，上述電洞注入層較好是置於上述p摻雜III-V族化合物層的內部。
在上述的光學裝置中，較好為：更包含一電子阻擋層，上述電子阻擋層是置於上述多重量子井層與上述p摻雜III-V族化合物層之間。
在上述的光學裝置中，上述電洞注入層較好是置於上述電子阻擋層與上述多重量子井層之間。
在上述的光學裝置中，上述電洞注入層較好是置於上述電子阻擋層與上述p摻雜III-V族化合物層之間。
在上述的光學裝置中，較好為：上述電子阻擋層包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料。
在上述的光學裝置中，較好為：上述n摻雜III-V族化合物層與上述p摻雜III-V族化合物層分別包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)與p摻雜氮化鎵(p-GaN)；以及上述多重量子井層包含複數個交錯的氮化銦鎵(InGaN)與氮化鎵(GaN)子層。
在上述的光學裝置中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
在上述的光學裝置中，較好為：上述光學裝置包含一照明模組，上述照明模組具有一或多個晶片；以及上述n摻雜III-V族化合物層、上述p摻雜III-V族化合物層以及上述多重量子井層是被安裝在每個上述一或多個晶片中。
本發明的另一實施例是提供一種發光裝置。上述發光裝置包含：一n摻雜氮化鎵層、一多重量子井層、一電子阻擋層、一p摻雜氮化鎵層以及一p摻雜氮化銦鎵層。上述n摻雜氮化鎵(n-GaN)層是位於一基底的上方，上述多重量子井層是位於上述n摻雜氮化鎵層的上方，上述電子阻擋層是位於上述多重量子井層的上方，上述p摻雜氮化鎵(p-GaN)層是位於上述電子阻擋層的上方。上述p摻雜氮化銦鎵(p-InGaN)層是嵌於下列三個位置之一：在上述多重量子井層與上述電子阻擋層之間；在上述電子阻擋層與上述p摻雜氮化鎵層之間；以及在上 述p摻雜氮化鎵層的內部。
在上述的發光裝置中，上述電子阻擋層較好包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料。
在上述的發光裝置中，較好為：上述n摻雜氮化鎵層、上述多重量子井層、上述電子阻擋層、上述p摻雜氮化鎵層與上述p摻雜氮化銦鎵層是一發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置的一部分。
在上述的發光裝置中，較好為：上述n摻雜氮化鎵層、上述多重量子井層、上述電子阻擋層、上述p摻雜氮化鎵層與上述p摻雜氮化銦鎵層是一雷射二極體(laser diode；LD)裝置的一部分。
在上述的發光裝置中，較好為：上述p摻雜氮化銦鎵層具有鎂作為一摻雜物；在上述p摻雜氮化銦鎵層中的鎂濃度是在約1.0×1017個離子/立方公分(ions/cm3)至約1.0×1019個離子/立方公分的範圍內；以及上述p摻雜氮化銦鎵層的厚度是小於約100奈米。
在上述的發光裝置中，上述基底較好包含以下之一：一氮化鎵基底、一藍寶石基底、一矽基底、以及包含夾置於一氮化鎵層與一接合晶圓之間的一介電層之一基底。
本發明的又另一實施例是提供一種發光裝置的製造方法。首先，在一基底的上方成長一n摻雜III-V族化合物層。然後，在上述n摻雜III-V族化合物層的上方成長一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層。接下來，在上述多重量子井層的上方成長一電子阻擋層。接下來，在上述電子阻擋層的 上方成長一p摻雜III-V族化合物層。接著，在下列位置之一形成一電洞注入層：在上述多重量子井層與上述電子阻擋層之間；在上述電子阻擋層與上述p摻雜III-V族化合物層之間；以及在上述p摻雜III-V族化合物層的內部。上述電洞注入層包含與上述p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
在上述的發光裝置的製造方法中，較好為：上述n摻雜III-V族化合物層與上述p摻雜III-V族化合物層分別包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)與p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述多重量子井層包含複數個交錯的氮化銦鎵(InGaN)與氮化鎵(GaN)子層；上述電子阻擋層包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料；以及上述電洞注入層包含摻鎂的氮化銦鎵(InGaN)。
在上述的發光裝置的製造方法中，較好為：上述電洞注入層的成長是以一形式執行而使：在上述電洞注入層中的鎂濃度是在約1.0×1017個離子/立方公分(ions/cm3)至約1.0×1019個離子/立方公分的範圍內；以及上述電洞注入層的厚度是小於約100奈米。
在上述的發光裝置的製造方法中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
30‧‧‧水平式發光二極體
40‧‧‧基底
50‧‧‧非摻雜半導體層
60‧‧‧摻雜半導體層
70‧‧‧預應變層
80‧‧‧多重量子井層
90‧‧‧阻障層
95‧‧‧電洞注入層
100‧‧‧電子阻擋層
110‧‧‧摻雜半導體層
110A‧‧‧第一部分
110B‧‧‧第二部分
120‧‧‧導電接觸層
130‧‧‧金屬接點
131‧‧‧金屬接點
135‧‧‧井
140‧‧‧實驗數據
141‧‧‧實驗數據
142‧‧‧實驗數據
145‧‧‧區域
150‧‧‧垂直式發光二極體
160‧‧‧底座
300‧‧‧照明器具
320‧‧‧基板
350‧‧‧散射器蓋
360‧‧‧空間
370‧‧‧反射結構
380‧‧‧散熱器(散熱結構)
400‧‧‧照明模組
410‧‧‧基座
420‧‧‧本體
430‧‧‧燈具
440‧‧‧光束
500‧‧‧雷射二極體
510‧‧‧基底
520、530‧‧‧III-V族化合物層
540‧‧‧III-V族化合物磊晶層
550‧‧‧氮化鋁層或氮化鋁鎵層
560‧‧‧III-V族化合物磊晶層
570‧‧‧n摻雜III-V族化合物層
575‧‧‧其他層
580‧‧‧多重量子井層
590‧‧‧最終的阻障層
600‧‧‧電子阻擋層
605‧‧‧導引層
610‧‧‧披覆層
620‧‧‧p摻雜III-V族化合物層
700‧‧‧方法
710、720、730、740、750‧‧‧步驟
第1圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第2圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第3圖是一圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第4圖是一圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第5圖是一圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第6圖是一圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第7圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第8圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第9圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第10圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的例示的發光二極體照明設備的片段的剖面。
第11圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的例示的照明模組，其包含第7圖的發光二極體照明設備。
第12圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的例示的雷射二極體(laser diode；LD)結構的片段的剖面。
第13圖是一流程圖，顯示根據本發明各種面向的製造嵌有電洞注入層的一光學裝置的方法。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 要瞭解的是本說明書以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵。以下將配合所附圖式詳述本發明之實施例，其中同樣或類似的元件將盡可能以相同的元件符號表示。在圖式中可能誇大實施例的形狀與厚度以便清楚表面本發明之特徵。而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第一特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，本說明書以下的揭露內容可能在各個範例中使用重複的元件符號，以使說明內容更加簡化、明確，但是重複的元件符號本身並未指示不同的實施例及/或結構之間的關係。
隨著半導體製造技術的持續進步，III-V族化合物已用於製造不同的裝置，例如發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置、雷射二極體(laser diode；LD)裝置、射頻(radio frequency；RF)裝置、高電子遷移率電晶體(high-electron mobility transistor；HEMT)裝置以及高功率半導體裝置。一III-V族化合物是具備含有來自元素週期表的「III」族的一元素與來自元素週期表的「V」族的另一種元素。例如III族元素可包含硼、鋁、鎵、銦以及鉈；V族元素可包含氮、磷、砷、銻以及鉍。
這些III-V族化合物半導體裝置例如發光二極體與雷射二極體，是在受到電壓的施加時應用電子-電洞再結合來發出輻射線。這些輻射線可包含在可見光頻譜中的不同顏色的光線、不可見光頻譜中的紫外線波長或紅外線波長等等。與傳統的光源(例如白熾燈泡(incandescent light bulb))比較，發光二極體與雷射二極體提供例如較小尺寸、較低能耗、較長壽命、可取得顏色的多樣化以及較佳的耐久性與可靠度等的優點。這些優點再加上在發光二極體與雷射二極體的製造技術方面的進步而使發光二極體與雷射二極體更加便宜並更加耐用，在近年來使發光二極體與雷射二極體的普及程度持續增加。
然而，現有的發光二極體與雷射二極體仍具有一些缺點。其中一項缺點是現有的發光二極體與雷射二極體可能具有較差的電洞注入與較差的電洞散佈，而導致不足的電子-電洞再結合(electron-hole recombination)。這會造成發光二極體裝置與雷射二極體裝置之輸出功率的減少，亦可能會有大幅度的效率衰減。
根據本案發明的各種面向的實施例，下文敘述的是一種光學裝置，其具有的量子井具有已改善的電洞注入與已改善的電洞散佈，以增加現有的發光二極體裝置與雷射二極體裝置之輸出功率，並減少現有的發光二極體與雷射二極體的效率衰減。在某些實施例中，上述光學裝置包含一水平式發光二極體；在某些實施例中，上述光學裝置包含一垂直式發光二極體。第1-2圖是一系列的示意性的剖面側視圖，顯示在各個製造階段的發光二極體的一部分。第1-2圖已被簡化，以便更容 易地瞭解本實施例欲呈現的發明概念。
請參考第1圖，其繪示一水平式發光二極體30。水平式發光二極體30具有一基底40，此基底40是一晶圓的一部分。在某些實施例中，基底40包含一藍寶石材料；在某些其他實施例中，基底40包含一矽材料；在某些其他實施例中，基底40包含III-V族化合物塊材，例如為一氮化鎵塊材。在另外其他的實施例中，基底40可包含一氮化鎵層、一接合晶圓(可包含藍寶石、矽、富鋁紅柱石(mullite)、Su-富鋁紅柱石、石英(Quartz)、鉬等等)以及連接於上述氮化鎵層與上述接合晶圓之間的一介電層(例如為氧化矽)。
基底40所具有的厚度可在約50微米(μm)~約1000μm的範圍內。在某些實施例中，一低溫緩衝膜可形成於基底40的上方。為了簡化的理由，在此處並未繪示此低溫緩衝膜。
在基底40的上方，形成一非摻雜半導體層50。此非摻雜半導體層50是不具任何的p型摻雜物或n型摻雜物。在某些實施例中，非摻雜半導體層50是包含一化合物，此化合物是含有來自元素週期表的「III」族的一元素與來自元素週期表的「V」族的另一種元素。在圖示的實施例中，非摻雜半導體層50是包含一非摻雜的氮化鎵(GaN)材料。
此非摻雜半導體層50亦可作為基底40與即將形成於此非摻雜半導體層50的上方的各層之間的一緩衝層(例如用來減少應力)。為了有效率地執行其身為一緩衝層的功能，此非摻雜半導體層50具有較少的差排缺陷與較佳的晶格品質。在 這樣的實施例中，非摻雜半導體層50所具有的厚度是在約1μm~約5μm的範圍內。
在非摻雜半導體層50的上方，是形成一摻雜半導體層60。摻雜半導體層60的形成，是藉由在本技術領域已知的一磊晶成長製程。在圖示的實施例中，摻雜半導體層60是被摻雜有一n型摻雜物例如碳(C)或矽(Si)；在替代性的實施例中，摻雜半導體層60可被摻雜有一p型摻雜物例如鎂(Mg)。摻雜半導體層60具有一III-V族化合物，在本實施例中，此III-V族化合物是氮化鎵。因此，此摻雜半導體層60亦可稱之為一摻雜的氮化鎵層。在某些實施例中，摻雜半導體層60所具有的厚度是在約2μm~約6μm的範圍內。
一預應變層(pre-strained layer)70是形成在摻雜半導體層60上。此預應變層70可被摻雜一n型摻雜物，例如矽。在各種實施例中，預應變層70可含有複數對(例如20~40對)交錯的InxGa1-xN與GaN子層，其中x大於或等於0但小於或等於1。此預應變層70可用來釋放應變並減少一量子侷限史塔克效應(quantum-confined Stark effect；QCSE)，此量子侷限史塔克效應指的是一外加電場作用於形成於其上的一量子井層(例如後文討論的多重量子井層80)的吸收光譜。在某些實施例中，上述InxGa1-xN子層所具有的厚度可在約0.5奈米(nm)~約2nm的範圍內，上述GaN子層所具有的厚度可在約1nm~約7nm的範圍內，而上述預應變層70所具有的厚度可在約30nm~約80nm的範圍內。
一多重量子井層(multiple-quantumwell；MQW)80 是形成於預應變層70的上方。多重量子井層80包含交互(或週期性)排列之活性子層與阻障子層。上述活性子層包含氮化銦鎵(InxGa1-xN)，而上述阻障子層包含氮化鎵(GaN)。例如，多重量子井層80可包含6-13對的交錯的阻障子層與活性子層。每個上述阻障子層所具有的厚度可在約2nm~約5nm的範圍內，而每個上述活性子層所具有的厚度可在約4nm~約17nm的範圍內。
在某些實施例中，是在多重量子井層80上形成一阻障層90。阻障層90可含有一III-V族化合物，例如為InxAlyGa1-x-yN，其中x與y均大於或等於0但小於或等於1。亦可將阻障層90視為多重量子井層80的一部分。在那樣的情況中，阻障層90是作為多重量子井層80的最上層的阻障子層。因此，亦可將阻障層90稱作是「最終的阻障層」。在某些實施例中，阻障層90所具有的厚度可在約4nm~約25nm的範圍內。
在圖示的實施例中，是在阻障層90的上方形成一電洞注入層95。電洞注入層95的形成，可藉由在本技術領域中習知的一磊晶成長製程。在某些實施例中，電洞注入層95含有一p摻雜InxGa1-xN，其中x大於或等於0但小於或等於1。例如，x可以是約0.1-0.3。上述p型摻雜物可以是鎂(Mg)。電洞注入層95所具有的厚度可以是小於約100nm。電洞注入層95的存在是改善水平式發光二極體30中的電洞注入率，並強化水平式發光二極體30中的電洞散佈。這將會在後文作更詳細的討論。
一電子阻擋層100可視需求形成於電洞注入層95的上方。電子阻擋層100會幫助將電子-電洞載體侷限在多重 量子井層80的範圍內作再結合，而可改善多重量子井層90的量子效率並減少在不希望的頻寬中的輻射。在某些實施例中，電子阻擋層100可包含一摻雜的InxAlyGa1-x-yN材料，其中x與y均大於或等於0但小於或等於1，而摻雜物可包含例如鎂等的p型摻雜物。電子阻擋層100所具有的厚度可在約7nm~約25nm的範圍內。
一摻雜半導體層110可形成於電子阻擋層100的上方(因此而在多重量子井層80的上方)。摻雜半導體層110的形成是藉由本技術領域中習知的一磊晶成長製程。在某些實施例中，用於摻雜此摻雜半導體層110的摻雜物的導電形式是與摻雜半導體層60的摻雜物的導電形式相反(或不同)。因此，在本實施例中，摻雜半導體層60是被摻雜n型的摻雜物，則摻雜半導體層110是被摻雜p型的摻雜物。摻雜半導體層110包含一III-V族化合物，在繪示的實施例中為氮化鎵化合物。因此，亦可將摻雜半導體層110稱為一摻雜的氮化鎵層。在某些實施例中，摻雜半導體層110所具有的厚度可以在約150nm-約200nm的範圍內。
藉由將多重量子井層80置於摻雜半導體層60與摻雜半導體層110之間，成為水平式發光二極體30的一核心部分。當一電壓(或電荷)施加於水平式發光二極體30的各摻雜層時，多重量子井層80會發射出例如光線等的輻射線。多重量子井層80所發出的光線的顏色是對應於輻射線的波長。此輻射線可以是例如藍光等的可見光、或是例如紫外光(UV光)等的不可見光。可藉由改變用來建構多重量子井層80的材料的成分與結 構，而改變多重量子井層80所發出光線的波長(以及此波長對應的光線的顏色)。
可進行附加的步驟來完成水平式發光二極體30的製造。例如，請參考第2圖，可在摻雜半導體層110的上方形成一導電接觸層120。藉由蝕刻將摻雜半導體層60的一部分移除而暴露出摻雜半導體層60的一部分。然後，可將金屬接點130、131分別形成於曝露的摻雜半導體層60的表面上與導電接觸層120的表面上。金屬接點130、131的形成是藉由一或多道的沉積與圖形化製程。金屬接點130、131可使電流分別通至摻雜半導體層60與摻雜半導體層110。
如以上討論，現有的多重量子井可能會具有不充分的電子-電洞再結合率。因此，現存的發光二極體提供的輸出功率可能會較低，並且也可能會有大幅度的效率衰減。為了克服現存的發光二極體這些惱人的問題，本案發明的水平式發光二極體30是將電洞注入層95用來改善電子-電洞再結合。更詳細而言，載子濃度的衰退是距離或在發光二極體內的位置的函數。在電洞的情況，其濃度一般而言在p摻雜半導體層110附近為最大，而在n摻雜半導體層60附近為最低(二者均示於第1-2圖)。電洞濃度的衰退可成指數性的衰退，也就是從p摻雜半導體層110起算，隨著遠離p摻雜半導體層110，電洞濃度的衰退會巨幅加速。因此，在傳統的發光二極體的情況，電洞無法容易地移動(也就是低移動度(low mobility))，特別是在高電流的條件下。至少由於以上討論的原因，傳統的發光二極體會在整個多重量子井層具有相當不均勻的電洞分佈，因此在傳統的發 光二極體的某些特定部分會有不充分的電子-電洞再結合。對於傳統的發光二極體裝置，這樣會導致大幅度的效率衰減。
在此處，電洞注入層95的存在實質上改善電洞的分佈。請參考第3圖，為了一發光二極體而顯示一能帶圖。第3圖包含描繪一傳統的發光二極體的實驗數據140以及描繪本案發明的水平式發光二極體30的二個實施例的實驗數據141與142。上述能帶圖的X軸是代表在上述發光二極體各處的距離(例如不同的發光二極體的深度)，而上述能帶圖的Y軸是代表能量。電洞注入層95的位置是藉由第3圖的能帶圖中所示的一井135來代表。電洞會被捕捉到井135內(例如被捕捉到電洞注入層95內)。關於缺乏電洞注入層95的傳統的發光二極體，在對應於井135的區域中的電洞濃度過低。相較之下，電洞注入層95可使電洞較為散佈到整個發光二極體，藉此使電洞的分佈更均勻。這樣會造成在上述發光二極體的更多區域有較佳的電子-電洞再結合。因此，光輸出功率與衰減均實質上得到改善。
藉由本案發明提供的改善的電洞濃度，亦視覺化地繪示於第4圖中，第4圖是一圖表，顯示Y軸的電洞濃度如何隨著X軸的距離(如第1-2圖所示之垂直越過發光二極體)而變化。第4圖包含描繪一傳統的發光二極體的實驗數據140以及描繪本案發明的水平式發光二極體30的二個實施例的實驗數據141與142。上述實施例均使用含p摻雜InGaN的一p摻雜電洞注入層。在第3-6圖中，關於藉由實驗數據141描繪的實施例，InGaN化學式中的銦的量是0.01；關於藉由實驗數據142描繪的實施例，InGaN化學式中的銦的量是0.015。
如第4圖清楚顯示，本案發明的實施例(例如實驗數據141與142)所具有的電洞濃度遠大於傳統的發光二極體(實驗數據140)的電洞濃度。此情況在距離0.16的附近特別明顯，此處是對應於前文討論的第3圖的井135(例如發光二極體之嵌入上述電洞注入層的位置)。因此，實驗數據支持以下理論：藉由加入電洞注入層，隨著電洞散佈遍及發光二極體的不同深度，使電洞注入率得到改善。
本案發明亦降低電子洩漏。這部分是視覺化地繪示於第5圖中，第5圖是一圖表，顯示Y軸的電子電流如何隨著X軸的距離(如第1-2圖所示之垂直越過發光二極體)而變化。再一次，第5圖包含描繪一傳統的發光二極體的實驗數據140以及描繪本案發明的水平式發光二極體30的二個實施例的實驗數據141與142。
如第5圖中的發光二極體的一區域145清楚顯示，本案發明的實施例(例如實驗數據141與142)所具有的電子電流遠低於傳統的發光二極體(實驗數據140)的電子電流。區域145與前文討論的電洞注入層所在的井135的位置重疊。第5圖所示在區域145內的電子電流的減少表示在發光二極體的其他發光區中，有更多的電子已與電洞再結合，藉此製造更大的光量。在區域145內的電子電流的減少亦意味著洩漏到發光區外的電子較少。這樣改善了在高注入電流的衰減效率(例如降低衰減)。
藉由本案發明提供的衰減效率的改善是繪示於第6圖，其是量子效率對電流密度作圖。更詳細而言，第6圖的X軸是代表電流密度，而第6圖的Y軸則代表量子效率。再一次， 第6圖顯示的是描繪一傳統的發光二極體的實驗數據140以及描繪本案發明的水平式發光二極體30的二個實施例的實驗數據141與142。傳統的發光二極體與本案發明的實施例均會歷經衰減，其是描繪即使電流增加而量子效率卻開始下降的情況。然而，本案發明的實施例所具有的量子效率仍然高於傳統發光二極體的量子效率，遍及實質上整個電流範圍皆是(是由第6圖中的實驗數據141與142大於實驗數據140的情況描繪)。換句話說，即使本案發明未能完全消除不願見到的衰減，與傳統的發光二極體相比，其衰減的表現仍得到大幅改善。
要瞭解的是第3-6圖所示僅為例示的實驗結果。其他的實驗結果可能會相較於第3-6圖所示者而有些許的變化，但其並未偏離本案發明的精神與範圍。
要瞭解的是電洞注入層95的位置可以有些許的彈性，這意味著不一定要將其置於最終的阻障層90(也就是多重量子井層80的最上方的子層)與電子阻擋層100之間。請參考第7圖，在一替代性的實施例中，可將電洞注入層95置於電子阻擋層100與摻雜半導體層110之間。實驗結果顯示電洞注入層95之位置上的這一種改變，對電洞注入或電洞散佈的性能的影響不會太大。換句話說，第7圖所示的實施例仍提供與前文討論實質上相同的電洞植入與電洞散佈的優點。
亦請參考第8圖，在另一個替代性的實施例中，可將電洞注入層95置於摻雜半導體層110的內部。換句話說，可使摻雜半導體層110的形成中斷為二個步驟。作為第一個步驟，可在電子阻擋層100的上方磊晶成長摻雜半導體層110的一 第一部分110A。然後，在摻雜半導體層110的上述第一部分110A上成長電洞注入層95。其後，在電洞注入層95的上方磊晶成長摻雜半導體層110的一第二部分110B。在這種方式中，可將電洞注入層95形成於摻雜半導體層110的「內部」。再一次說明，實驗結果顯示電洞注入層95之位置上的這一種改變，對電洞注入或電洞散佈的性能的影響不會太大。
如前述第1-2與7-8圖所示之具有電洞注入層95的水平式發光二極體30的各種實施例，是屬於水平式的發光二極體。同樣地，亦可納入電洞注入層95來製造一垂直式的發光二極體。例如，第9圖是繪示此一垂直式發光二極體150的一例。基於一致性與明確性的理由，垂直式與水平式的發光二極體中的類似構件是被標以相同的元件符號。
請參考第9圖，垂直式發光二極體150具有一底座(submount)160。在圖示的實施例中，底座160是包含一金屬材料。在其他的實施例中，底座160可包含一矽材料。摻雜半導體層110是置於底座160上。在本實施例中顯示，摻雜半導體層110是包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)。電子阻擋層100是置於摻雜半導體層110上，電洞注入層95則置於電子阻擋層100上，最終的阻障層90與多重量子井層80則置於電洞注入層95上，而預應變層70是置於多重量子井層80上，摻雜半導體層60是置於預應變層70上。在本實施例中顯示，摻雜半導體層60是包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)。金屬接點131是置於導電接觸層120上。經由金屬接點131與底座160，可得到通至垂直式發光二極體150的各摻雜層的導電通路。
再一次說明，儘管第9圖所示的實施例是繪示為將電洞注入層95置於最終的阻障層90與電子阻擋層100之間的情況，但要瞭解的是在替代性的實施例中，尚可將電洞注入層95置於電子阻擋層100與摻雜半導體層110之間，抑或甚至將電洞注入層95置於摻雜半導體層110的內部。為了簡潔的理由，在此處並未特地繪示這些替代性的實施例。
為了完成水平式發光二極體30或垂直式發光二極體150的製造，亦可執行附加的製程例如切割、封裝與測試製程，但為了簡潔，這些製程均未繪示於圖式中。
前述具有電洞注入層95以改良電洞注入率與電洞散佈的水平式發光二極體30或垂直式發光二極體150可裝配成為一照明設備。例如，水平式發光二極體30(或垂直式發光二極體150)可裝配成為一應用發光二極體的照明器具300的一部分，此應用發光二極體的照明器具300的一簡化的剖面圖是示於第10圖。第10圖所示之應用發光二極體的照明器具300的實施例包含複數個發光二極體晶片。在其他實施例中，照明器具300可包含一單一的發光二極體晶片。
如前文討論，上述發光二極體晶片包含一n摻雜III-V族化合物層、一p摻雜III-V族化合物層以及在上述n摻雜III-V族化合物層與上述p摻雜III-V族化合物層之間的一多重量子井層。上述發光二極體晶片亦具有一電洞注入層，如前文討論，此電洞注入層可含一摻鎂的InGaN材料。上述電洞注入層的存在改善了發光二極體的電洞注入之性能與電洞散佈之性能，有功於上述發光二極體中的較佳的電子-電洞再結合。 因此，相較於傳統的發光二極體晶片，上述發光二極體晶片提供較低的衰減與較佳的光輸出效能。
在某些實施例中，每個水平式發光二極體30的晶片上，都具有塗覆於其上的螢光體層(phosphor layer)。上述螢光體層可包含磷光性(phosphorescent)的材料及/或螢光性(fluorescent)的材料。上述螢光體層可使用一濃縮的黏滯流體介質(concentrated viscous fluid medium)(例如為液膠(liquid glue))而塗覆於水平式發光二極體30的晶片的表面上。當上述濃縮的黏滯流體介質凝結(set)或固化，螢光體材料就變為發光二極體封裝體的一部分。在實際的發光二極體應用中，上述螢光體層可用來轉換水平式發光二極體30的晶片所發出光線的顏色。例如，上述螢光體層可將水平式發光二極體30的晶片所發出的藍光轉換成一不同波長的光線。藉由改變螢光體層的材料成分，可達成所指定的使水平式發光二極體30的晶片發出的光線顏色。
接下來將水平式發光二極體30的晶片安裝在一基板320上。在某些實施例中，基板320包含一金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board；MCPCB)。上述金屬核心印刷電路板包含一金屬基材，此金屬基材可以由鋁(或是鋁合金)製造。上述金屬核心印刷電路板亦包含置於上述金屬基材上的導熱但電性絕緣的一介電層。金屬核心印刷電路板亦可包含一銅製的薄金屬層，此銅製的薄金屬層是置於上述介電層上。在取代上述實施例的其他實施例中，基板320可包含其他適當的導熱結構。基板320可包含、亦可不包含主動式的電路 系統，並亦可用來建立互聯。要瞭解的是在某些實施例中，會不使用底座160而將水平式發光二極體30黏著於基板320(前文對第9圖所作敘述)。
照明器具300包含一散射器蓋(diffuser cap)350。散射器蓋350是用來為其下方的水平式發光二極體30的晶片提供一覆蓋物。換句話說，水平式發光二極體30的晶片是被散射器蓋350與基板320一起密封。在某些實施例中，散射器蓋350具有一曲線形狀的表面或輪廓。在某些實施例中，上述曲線形狀的表面可實質上按照一半圓形的外廓，因此水平式發光二極體30的晶片所發出的每一道光線可以以實質上直角的入射角(例如含90度角的一些角度範圍)到達散射器蓋350的表面。散射器蓋350的曲線形狀對於水平式發光二極體30的晶片所發出光線的全內反射(Total Internal Reflection；TIR)的減少有幫助。
散射器蓋350可具有一織紋形狀的(textured)表面。例如，此織紋形狀表面可被粗糙化、或可包含複數個小圖形例如多邊形或圓形的小圖形。這些織紋形狀的表面有助於水平式發光二極體30的晶片所發出光線的散射，以使光線的擴散更均勻。在某些實施例中，散射器蓋350是被塗覆包含不同散射粒子的一散射層。
在某些實施例中，是以空氣填入水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350之間的一空間360；在其他實施例中，可以以一光學等級的聚矽氧類(silicone-based)的黏著劑材料(亦稱之為光學膠(optical gel))填入散射器蓋350。在上述實施例中，可將螢光體粒子混入上述光學膠中，以使水平式發光 二極體30的晶片所發出的光線進一步散射。
雖然圖示的實施例是顯示所有的水平式發光二極體30的晶片是被密封於一單一的散射器蓋350內，要瞭解的是在其他實施例中可使用複數個散射器蓋350。例如每個水平式發光二極體30的晶片可被分別密封於複數個散射器蓋350的一個中。
照明器具300亦可視需求包含一反射結構370，可將此反射結構370安裝於基板320上。在某些實施例中，反射結構370的形狀可與一杯子類似，因此亦可將其稱為一反射杯。從一俯視來看，反射結構370是以360度包圍或環繞水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350。從上述俯視圖來看，反射結構370可具有一圓形的輪廓、一蜂巢狀六角形的輪廓或是包圍散射器蓋350之其他適當的胞狀輪廓。在某些實施例中，水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350是位於反射結構370的底部的附近。換句話說，反射結構370的頂部或上部開口是位於水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350之上或上方。
反射結構370的作用是將行經方向為離開散射器蓋350的光線予以反射。在某些實施例中，是在反射結構370的內表面塗覆一反射膜，例如為鋁、銀或上述之合金。要瞭解的是在某些實施例中，反射結構370的側壁的表面可以是織紋形狀的表面，其形式是類似於散射器蓋350的織紋形狀的表面。因此，反射結構370可用來將水平式發光二極體30的晶片所發出的光線予以進一步散射，而減少照明器具300的輸出光線的眩光(glare)，並使光線的輸出對於人眼更加親和。在某些實施 例中，反射結構370的側壁具有一傾斜或漸細的輪廓。反射結構370的傾斜或漸細的輪廓會強化反射結構370的光線反射效率。
照明器具300具有一散熱結構380，亦可稱之為散熱器(heat sink)380。散熱器380是經由基板320而導熱性地耦接於水平式發光二極體30的晶片(在操作過程中會產熱)。換句話說，散熱器380是貼合於基板320或是基板320是位於散熱器380的一表面。散熱器380的設置，是用來將熱量散逸至週遭的大氣中。散熱器380包含一導熱性材料，例如為一金屬材料。散熱器380的形狀及幾何配置是被設計來為與其親近的燈具提供一架構，並同時將熱量從水平式發光二極體30的晶片散出或導出。為了強化熱量的傳播，散熱器380可具有複數個鰭片390，這些鰭片390是從散熱器380的一本體向外突出。這些鰭片390具有曝露於週遭大氣的實質的表面區域，以供熱量的傳播。
第11圖是顯示一照明模組400的一簡化的示意圖，照明模組400是包含前文討論的照明器具300的某些實施例。照明模組400具有一基座410、一本體420與一燈具430，其中本體420是貼合於基座410，而燈具430是貼合於本體420。在某些實施例中，燈具430是一筒燈(down lamp)(或是一向下照明的照明模組)。燈具430包含前文參考第7圖討論的照明器具300。燈具430是可以有效率地投射出光束440。此外，相較於傳統的白熾燈(incandescent lamp)，燈具430可提供較佳的耐久性與更長的使用壽命。要瞭解的是其他照明上的應用亦可從前 文討論的本案發明的發光二極體的使用上獲益。例如，本案發明的發光二極體可用於包含但不限於以下的照明上的應用：汽車頭燈或尾燈、車用設備的面板顯示、投影器的光源、例如液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)電視或液晶顯示器監視器等的電子設備的光源、平板型電腦的光源、行動電話的光源、筆記型/桌上型電腦的光源。
雖然前文討論的電洞注入層的安裝是使用發光二極體作為一例來顯示，但相似的電洞注入層亦可安裝於雷射二極體(laser diodes；LD)。第12圖是繪示一簡化的剖面圖，顯示根據本案發明各種面向的一雷射二極體500的一實施例的剖面側視圖。
雷射二極體500是包含一基底510，在本實施例所示的基底510是一矽基底。一III-V族化合物層520是形成於基底510的上方。在某些實施例中，III-V族化合物層520包含氮化鋁(AlN)。另一個III-V族化合物層530則形成於III-V族化合物層520的上方。在某些實施例中，III-V族化合物層530是包含複數個子層，例如為複數個氮化鋁鎵(AlGaN)子層。這些子層的厚度以及這些子層的鋁含量，可隨著位於愈上方的子層(例如距離基底510愈遠的子層)而增加。
然後，在III-V族化合物層530的上方形成一III-V族化合物磊晶層540。在某些實施例中，III-V族化合物磊晶層540可包含氮化鎵(GaN)。其後，在III-V族化合物磊晶層540的上方形成一氮化鋁(AlN)層或氮化鋁鎵(AlGaN)層550。然後，在氮化鋁層或氮化鋁鎵層550的上方，形成另一個III-V族化合 物磊晶層560。
然後，在III-V族化合物磊晶層560的上方形成一n摻雜III-V族化合物層570。在某些實施例中，n摻雜III-V族化合物層570包含n型摻雜的GaN。在n摻雜III-V族化合物層570的上方可形成複數個其他層575，這些其他層575例如包含一n摻雜InGaN層、包含n摻雜InAlGaN的一披覆層(cladding layer)、以及包含n摻雜InGaN的一導引層(guiding layer)。
其後，可在其他層575的上方(並在n摻雜III-V族化合物層570的上方)形成一多重量子井層580。如前文討論，上述多重量子井層包含交錯的複數個阻障層與複數個活性層，其可分別包含InGaN與GaN。在多重量子井層580的上方，形成一最終的阻障層590。最終的阻障層590含InAlGaN，且亦可被視為是多重量子井層580的最上方的阻障層。
在最終的阻障層590的上方，形成一電洞注入層595。此電洞注入層595是類似於前文對應用發光二極體的器具討論的電洞注入層95。再一次強調，藉由電洞注入層595的設置，可改善雷射二極體500的電洞注入效能與電洞散佈效能。因此，雷射二極體500具有較佳的光輸出與較低的衰減。
在多重量子井層80的上方形成一電子阻擋層600。在某些實施例中，電子阻擋層600包含p摻雜InAlGaN。其後，在電子阻擋層600的上方形成一導引層605。在某些實施例中，導引層600是包含一p摻雜InGaN。然後，在導引層605的上方形成一披覆層610。在某些實施例中，披覆層610包含一p摻雜InAlGaN。然後，在披覆層610的上方形成一p摻雜III-V族化 合物層620。在某些實施例中，p摻雜III-V族化合物層620包含p型摻雜的GaN。
雖然此一雷射二極體500的實施例是顯示將電洞注入層595置於最終的阻障層590與電子阻擋層600之間，要瞭解的是在雷射二極體500的其他實施例中，亦可將電洞注入層595設置在不同的位置。例如，在雷射二極體500的各種其他的實施例中，亦可將電洞注入層595置於：電子阻擋層600與導引層605之間、或是導引層605與披覆層610之間、或是披覆層610與p摻雜III-V族化合物層620之間、或甚至是p摻雜III-V族化合物層620的內部。然而，為了簡潔的理由，在此處未特別繪示這些其他的實施例。
前述且示於第12圖的雷射二極體500的各層僅為範例層。其他的雷射二極體亦可根據其設計需求而納入不同的材料層。
第13圖是一流程圖繪示製造用於根據本案發明各個面向之具有一電洞注入層的一光學裝置的一簡化的方法700。上述光學裝置可包含一水平式發光二極體、一垂直式發光二極體或一雷射二極體。
方法700包含一步驟710，在步驟710中，在一基底的上方，形成一n摻雜III-V族化合物層。方法700包含一步驟720，在步驟720中，在上述n摻雜III-V族化合物層的上方，形成一多重量子井層。方法700包含一步驟730，在步驟730中，在上述多重量子井層的上方，形成一電子阻擋層。方法700包含一步驟740，在步驟740中，在上述電子阻擋層的上方，形成 一p摻雜III-V族化合物層。方法700包含一步驟750，在步驟750中，將一電洞注入層形成在下列位置之一：在上述多重量子井層與上述電子阻擋層之間、在上述電子阻擋層與上述p摻雜III-V族化合物層之間、以及在上述p摻雜III-V族化合物層的內部。在某些實施例中，上述電洞注入層包含與上述p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
可在此處敘述的步驟710-730之前、之過程中或之後執行附加的製程而完成此光學裝置的製造。為了簡潔的理由，這些其他附加的製程未在此處作詳細的討論。
本案發明的一個面向是提供一種光學裝置，包含：一n摻雜III-V族化合物層、一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層、一p摻雜III-V族化合物層以及一電洞注入(hole injection)層。上述n摻雜III-V族化合物層是置於一基底的上方，上述多重量子井層是置於上述n摻雜III-V族化合物層的上方，上述p摻雜III-V族化合物層是置於上述多重量子井層的上方，上述電洞注入層是置於上述多重量子井層與上述p摻雜III-V族化合物層之間，其中上述電洞注入層包含與上述p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
在某些實施例中，上述電洞注入層的上述p摻雜III-V族化合物材料較好為包含摻鎂的氮化銦鎵(InGaN)。
在某些實施例中，上述電洞注入層較好是置於上述p摻雜III-V族化合物層的內部。
在某些實施例中，上述光學裝置較好為更包含一電子阻擋層，上述電子阻擋層是置於上述多重量子井層與上述 p摻雜III-V族化合物層之間。
在某些實施例中，上述電洞注入層較好是置於上述電子阻擋層與上述多重量子井層之間。
在某些實施例中，上述電洞注入層較好是置於上述電子阻擋層與上述p摻雜III-V族化合物層之間。
在某些實施例中，較好為：上述電子阻擋層包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料。
在某些實施例中，較好為：上述n摻雜III-V族化合物層與上述p摻雜III-V族化合物層分別包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)與p摻雜氮化鎵(p-GaN)；以及上述多重量子井層包含複數個交錯的氮化銦鎵(InGaN)與氮化鎵(GaN)子層。
在某些實施例中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
在某些實施例中，較好為：上述光學裝置包含一照明模組，上述照明模組具有一或多個晶片；以及上述n摻雜III-V族化合物層、上述p摻雜III-V族化合物層以及上述多重量子井層是被安裝在每個上述一或多個晶片中。
本案發明的另一個面向是提供一種發光裝置。上述發光裝置包含：一n摻雜氮化鎵層、一多重量子井層、一電子阻擋層、一p摻雜氮化鎵層以及一p摻雜氮化銦鎵層。上述n摻雜氮化鎵(n-GaN)層是位於一基底的上方，上述多重量子井層是位於上述n摻雜氮化鎵層的上方，上述電子阻擋層是位於上述多重量子井層的上方，上述p摻雜氮化鎵(p-GaN)層是位於 上述電子阻擋層的上方。上述p摻雜氮化銦鎵(p-InGaN)層是嵌於下列三個位置之一：在上述多重量子井層與上述電子阻擋層之間；在上述電子阻擋層與上述p摻雜氮化鎵層之間；以及在上述p摻雜氮化鎵層的內部。
在某些實施例中，上述電子阻擋層較好包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料。
在某些實施例中，較好為：上述n摻雜氮化鎵層、上述多重量子井層、上述電子阻擋層、上述p摻雜氮化鎵層與上述p摻雜氮化銦鎵層是一發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置的一部分。
在某些實施例中，較好為：上述n摻雜氮化鎵層、上述多重量子井層、上述電子阻擋層、上述p摻雜氮化鎵層與上述p摻雜氮化銦鎵層是一雷射二極體(laser diode；LD)裝置的一部分。
在某些實施例中，較好為：上述p摻雜氮化銦鎵層具有鎂作為一摻雜物；在上述p摻雜氮化銦鎵層中的鎂濃度是在約1.0×1017個離子/立方公分(ions/cm3)至約1.0×1019個離子/立方公分的範圍內；以及上述p摻雜氮化銦鎵層的厚度是小於約100奈米。
在某些實施例中，上述基底較好包含以下之一：一氮化鎵基底、一藍寶石基底、一矽基底、以及包含夾置於一氮化鎵層與一接合晶圓之間的一介電層之一基底。
本案發明的又另一個面向是提供一種發光裝置的製造方法。首先，在一基底的上方成長一n摻雜III-V族化合物 層。然後，在上述n摻雜III-V族化合物層的上方成長一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層。接下來，在上述多重量子井層的上方成長一電子阻擋層。接下來，在上述電子阻擋層的上方成長一p摻雜III-V族化合物層。接著，在下列位置之一形成一電洞注入層：在上述多重量子井層與上述電子阻擋層之間；在上述電子阻擋層與上述p摻雜III-V族化合物層之間；以及在上述p摻雜III-V族化合物層的內部。上述電洞注入層包含與上述p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
在某些實施例中，較好為：上述n摻雜III-V族化合物層與上述p摻雜III-V族化合物層分別包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)與p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述多重量子井層包含複數個交錯的氮化銦鎵(InGaN)與氮化鎵(GaN)子層；上述電子阻擋層包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料；以及上述電洞注入層包含摻鎂的氮化銦鎵(InGaN)。
在某些實施例中，較好為：上述電洞注入層的成長是以一形式執行而使：在上述電洞注入層中的鎂濃度是在約1.0×1017個離子/立方公分(ions/cm3)至約1.0×1019個離子/立方公分的範圍內；以及上述電洞注入層的厚度是小於約100奈米。
在某些實施例中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識 者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
30‧‧‧水平式發光二極體
40‧‧‧基底
50‧‧‧非摻雜半導體層
60‧‧‧摻雜半導體層
70‧‧‧預應變層
80‧‧‧多重量子井層
90‧‧‧阻障層
95‧‧‧電洞注入層
100‧‧‧電子阻擋層
110‧‧‧摻雜半導體層

Claims (10)

  1. 一種光學裝置，包含：一n摻雜III-V族化合物層，置於一基底的上方；一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層，置於該n摻雜III-V族化合物層的上方；一p摻雜III-V族化合物層，置於該多重量子井層的上方；以及一電洞注入(hole injection)層，置於該多重量子井層與該p摻雜III-V族化合物層之間，其中該電洞注入層包含與該p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該電洞注入層的該p摻雜III-V族化合物材料包含摻鎂的氮化銦鎵(InGaN)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，更包含一電子阻擋層，該電子阻擋層是置於該多重量子井層與該p摻雜III-V族化合物層之間、且包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學裝置，其中該電洞注入層是置於：該電子阻擋層與該多重量子井層之間；該電子阻擋層與該p摻雜III-V族化合物層之間；或該p摻雜III-V族化合物層的內部。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中：該n摻雜III-V族化合物層與該p摻雜III-V族化合物層分別包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)與p摻雜氮化鎵(p-GaN)； 該多重量子井層包含複數個交錯的氮化銦鎵(InGaN)與氮化鎵(GaN)子層；以及該光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
  6. 一種發光裝置，包含：一n摻雜氮化鎵(n-GaN)層，位於一基底的上方；一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層，位於該n摻雜氮化鎵層的上方；一電子阻擋層，位於該多重量子井層的上方；一p摻雜氮化鎵(p-GaN)層，位於該電子阻擋層的上方；以及一p摻雜氮化銦鎵(p-InGaN)層，嵌於下列三個位置之一：在該多重量子井層與該電子阻擋層之間；在該電子阻擋層與該p摻雜氮化鎵層之間；以及在該p摻雜氮化鎵層的內部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光裝置，其中：該基底包含以下之一：一氮化鎵基底、一藍寶石基底、一矽基底、以及包含夾置於一氮化鎵層與一接合晶圓之間的一介電層之一基底；該電子阻擋層包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料；該n摻雜氮化鎵層、該多重量子井層、該電子阻擋層、該p摻雜氮化鎵層與該p摻雜氮化銦鎵層是一發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置的一部分或一雷射二極體(laser diode；LD)裝置的一部分； 該p摻雜氮化銦鎵層具有鎂作為一摻雜物；在該p摻雜氮化銦鎵層中的鎂濃度是在約1.0×1017個離子/立方公分(ions/cm3)至約1.0×1019個離子/立方公分的範圍內；以及該p摻雜氮化銦鎵層的厚度是小於約100奈米。
  8. 一種發光裝置的製造方法，包含：在一基底的上方成長一n摻雜III-V族化合物層；在該n摻雜III-V族化合物層的上方成長一多重量子井(multiple quantum well；MQW)層；在該多重量子井層的上方成長一電子阻擋層；在該電子阻擋層的上方成長一p摻雜III-V族化合物層；以及在下列位置之一形成一電洞注入層：在該多重量子井層與該電子阻擋層之間；在該電子阻擋層與該p摻雜III-V族化合物層之間；以及在該p摻雜III-V族化合物層的內部；其中該電洞注入層包含與該p摻雜III-V族化合物層不同的一p摻雜III-V族化合物材料。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光裝置的製造方法，其中：該n摻雜III-V族化合物層與該p摻雜III-V族化合物層分別包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)與p摻雜氮化鎵(p-GaN)；該多重量子井層包含複數個交錯的氮化銦鎵(InGaN)與氮化鎵(GaN)子層；該電子阻擋層包含一p摻雜氮化銦鋁鎵(InAlGaN)材料；該電洞注入層包含摻鎂的氮化銦鎵(InGaN)；以及 該光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的發光裝置的製造方法，其中該電洞注入層的成長是以一形式執行而使：在該電洞注入層中的鎂濃度是在約1.0×1017個離子/立方公分(ions/cm3)至約1.0×1019個離子/立方公分的範圍內；以及該電洞注入層的厚度是小於約100奈米。
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