TW201603313A - 發光裝置以及形成其之方法 - Google Patents

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札不 其奧
張紫輝
斌斌 朱
鞠振剛
瑞添 陳
張雪亮
希勒米 沃爾坎 德米爾
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南洋理工大學
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Abstract

多樣的具體態樣提供形成發光裝置的方法及其所形成的發光裝置。多樣之具體態樣的發光裝置更改極化感應之介面電荷的極性，使得在發光裝置的作用層和電子阻擋層之介面的極性感應電荷是負的。

Description

發光裝置以及形成其之方法 相關申請案之交互參考
本申請案主張2014年5月14日所提申之美國臨時申請案號61/996,661之權益利益，在此將其全體一併整合參考之。
本發明之具體態樣大致關於發光裝置以及形成其之方法。
發光二極體(light-emitting diode，LED)，例如基於GaN的LED，係視為用於下一代固態照明的光源選擇，並且這領域的研究和發展已經在過去幾十年來做出巨大的進展。愈來愈多的用途採用了基於GaN的LED，例如LED電視、行動電話、交通號誌燈、液晶顯示器(LCD)的背光、全彩顯示器和一般照明。在多樣的用途中，一般照明市場是最大而最有經濟吸引力，並且也最有技術挑戰。
然而，效率萎縮(LED的效率在高功率操作下有所減少的現象)則對LED的功效造成限制。舉例而言，高端LED產品可以傳遞50%左右的效率，其遠低於靠近1的理論極限。有許多已經負面影響LED效率的問題，例如電子溢流、電洞注射不足、歐傑(Auger)重組……。
圖1顯示習用的LED層結構101。層結構101包括製造在基 板100(舉例而言為c面藍寶石基板)上之非故意摻雜的氮化鎵(u-GaN)層110、n型GaN(n-GaN)層120、作用層130、p型氮化鋁鎵(p-AlGaN)層140、p型GaN(p-GaN)層150。作用層130可以包括單一量子井或多重量子井結構。
從LED之作用區域到p型區域的電子溢流是引起效率萎縮的原因之一。p型AlGaN層140施加到LED結構以減少電子溢流，並且稱為電子阻擋層(electron blocking layer，EBL)。作用層130、EBL層140和p-GaN層150在沒有極化感應之介面電荷下的對應能帶圖解則示範於圖2(a)和2(b)。
然而，由於在LED的作用區域和p-AlGaN EBL介面之非故意的極化感應正電荷，故電子阻擋效應可以被弱化並且也可以弱化電洞注射，因此危及習用LED結構中的EBL功效。這是因為LED經常生長在藍寶石基板的(0001)c面上，其為極性指向，因此由於自動極化不匹配和壓電極化的緣故，極化感應的正電荷140a在作用層/p-AlGaN EBL的介面產生，並且極化感應的負電荷140b在p-AlGaN EBL/p-GaN層的介面產生，如圖3(a)所示。在作用層/p-AlGaN EBL之介面的這些極化感應的正電荷可以降低p-AlGaN EBL層140的有效電子阻障高度，其可以危及電子阻擋的功效，如圖3(b)的示意能帶圖解所示，其中Ec代表傳導能帶邊緣並且Ev代表共價能帶邊緣。此外，極化感應的正電荷140a也可以增加有效的電洞阻障高度，這可以減少電洞注射效率，如圖3(b)所示。作用層130包括氮化銦鎵(InGaN)層130b，其由氮化鎵(GaN)層130a和氮化鎵(GaN)層130b所夾住。
已經對於具有圖1層結構的習用450奈米藍光LED之極化感應的正介面電荷效應進行了數值模擬。當p-AlGaN EBL的Al組成是0.15 時，對於電子之有效的阻障高度僅大約317.4毫電子伏特，其遠小於在沒有極化感應的正介面電荷下之大約560毫電子伏特的期望值。此外，對於電洞之有效的阻障高度是大約335.8毫電子伏特，其遠大於在沒有極化感應的正介面電荷下之大約240毫電子伏特的期望值。這些對於電子和電洞之有效阻障高度的改變可以有害於LED的效率表現。
多樣的具體態樣提供形成發光裝置的方法。方法可以包括在基板上形成緩衝層、在緩衝層上形成p型包覆層、在p型包覆層上形成電子阻擋層、在電子阻擋層上形成作用層、在作用層上形成n型包覆層。
多樣的具體態樣進一步提供形成發光裝置的方法。方法可以包括在基板上形成緩衝層、在緩衝層上形成n型包覆層、在n型包覆層上形成作用層、在作用層上形成極性反轉層、在極性反轉層上形成電子阻擋層、在電子阻擋層上形成p型包覆層。
多樣的具體態樣進一步提供形成發光裝置的方法。方法可以包括在負c面基板上形成緩衝層、在緩衝層上形成n型包覆層、在n型包覆層上形成作用層、在作用層上形成電子阻擋層、在電子阻擋層上形成p型包覆層。
100‧‧‧基板
101‧‧‧LED層結構
110‧‧‧非故意摻雜的氮化鎵(u-GaN)層
120‧‧‧n型GaN(n-GaN)層
130‧‧‧作用層
130a‧‧‧氮化鎵(GaN)層
130b‧‧‧氮化銦鎵(InGaN)層
130c‧‧‧氮化鎵(GaN)層
140‧‧‧p型氮化鋁鎵(p-AlGaN)層、電子阻擋層(EBL)
140a‧‧‧極化感應的正電荷
140b‧‧‧極化感應的負電荷
150‧‧‧p型GaN(p-GaN)層
400‧‧‧形成LED層順序的過程
402~410‧‧‧形成LED層順序的過程步驟
500‧‧‧基板
501‧‧‧LED的層順序
510‧‧‧非故意摻雜的GaN(u-GaN)層
520‧‧‧n型摻雜的GaN
530‧‧‧作用層或區域
530a‧‧‧量子阻障
530b‧‧‧InGaN量子井
530c‧‧‧量子阻障
540‧‧‧p型摻雜的AlGaN EBL
540a、540b‧‧‧極化感應電荷
550‧‧‧p型摻雜的GaN
601‧‧‧LED層結構
700‧‧‧形成LED層順序的過程
702~712‧‧‧形成LED層順序的過程步驟
800‧‧‧基板
801‧‧‧LED的層順序
810‧‧‧非故意摻雜的GaN(u-GaN)層
820‧‧‧n型摻雜的GaN(n-GaN)層
830‧‧‧作用區域或層
830a‧‧‧量子阻障
830b‧‧‧InGaN量子井
830c‧‧‧量子阻障
840‧‧‧p型摻雜的AlGaN(p-AlGaN)EBL
840a、840b‧‧‧極化感應電荷
850‧‧‧p型摻雜的GaN(p-GaN)層
860‧‧‧極性反轉層(PIL)
901‧‧‧LED層結構
1000‧‧‧形成LED層順序的過程
1002~1010‧‧‧形成LED層順序的過程步驟
1101‧‧‧LED的層順序
1102‧‧‧基板
1110‧‧‧非故意摻雜的GaN(u-GaN)層
1120‧‧‧n型摻雜的GaN(n-GaN)層
1130‧‧‧作用區域或層
1130a‧‧‧量子阻障
1130b‧‧‧InGaN量子井
1130c‧‧‧量子阻障
1140‧‧‧p型摻雜的AlGaN(p-AlGaN)EBL
1140a、1140b‧‧‧極化感應電荷
1150‧‧‧p型摻雜的GaN(p-GaN)層
1201‧‧‧LED層結構
1301‧‧‧發光裝置
1320‧‧‧n型摻雜層
1330‧‧‧作用層
1340‧‧‧電子阻擋層
1340a、1340b‧‧‧極化感應電荷
1350‧‧‧p型摻雜層
1401‧‧‧發光裝置
1420‧‧‧n型摻雜層
1430‧‧‧作用層
1440‧‧‧電子阻擋層
1440a、1440b‧‧‧極化感應電荷
1450‧‧‧p型摻雜層
1460‧‧‧極性反轉層
Ec‧‧‧傳導能帶邊緣
Ev‧‧‧共價能帶邊緣
於圖式，不同圖中之相同的參考字符大致都是指相同的零件。圖式未必按照比例，而是大致強調示範本發明的原理。於以下敘述，參考以下圖式來描述多樣的具體態樣，其中：圖1顯示示範習用的LED層結構的示意圖解； 圖2(a)和2(b)顯示作用層、EBL層、p-GaN層在沒有極化感應之介面電荷下的示意能帶圖解；圖3(a)顯示圖1之具有極化感應的介面電荷的LED結構；圖3(b)顯示作用層、EBL層、p-GaN層而存在如圖3(a)之極化感應介面電荷的示意能帶圖解；圖4顯示示範根據多樣的具體態樣來形成發光裝置(LED)的方法的流程圖；圖5顯示示範根據圖4多樣的具體態樣來形成LED層順序的過程的示意圖解；圖6(a)顯示根據多樣的具體態樣而在圖5中靠近作用層的LED層結構；圖6(b)顯示作用層、EBL層、p-GaN層而存在如圖6(a)之負極化感應介面電荷的示意能帶圖解；圖7顯示示範根據多樣的具體態樣來形成發光裝置的方法的流程圖；圖8顯示示範根據圖7多樣的具體態樣來形成LED層順序的過程的示意圖解；圖9(a)顯示根據多樣的具體態樣而在圖8中靠近作用層的LED層結構；圖9(b)顯示作用層、極性反轉層、EBL層、p-GaN層而存在如圖9(a)之負極化感應介面電荷的示意能帶圖解；圖10顯示示範根據多樣的具體態樣來形成發光裝置的方法的流程圖；圖11顯示示範根據圖10多樣的具體態樣來形成LED層順序的過程的示意圖解；圖12(a)顯示根據多樣的具體態樣而在圖11中靠近作用層的LED層結 構；圖12(b)顯示作用層、極性反轉層、p-GaN層而存在如圖12(a)之負極化感應介面電荷的示意能帶圖解；圖13顯示根據多樣的具體態樣之發光裝置；以及圖14顯示根據多樣的具體態樣之發光裝置。
以下詳細敘述參照伴隨的圖式，其藉由示範而顯示可以實施本發明的特定細節和具體態樣。這些具體態樣是以充分細節來描述而使熟於此技藝者能夠實施本發明。可以利用其他的具體態樣，並且可以做出結構和邏輯上的改變而不偏離本發明的範圍。多樣的具體態樣未必是互相排斥的，因為某些具體態樣可以與一或更多個其他具體態樣組合以形成新的具體態樣。
應了解「上」、「之上」、「側向」、「頂部」、「底部」、「背部」……等詞當用於以下敘述時是為了方便而使用，並且幫助了解相對位置或方向，而不打算限制任何裝置或結構或者任何裝置或結構之任何部分的指向。
多樣的具體態樣提供形成發光裝置的方法及其所形成的發光裝置。多樣之具體態樣的發光裝置更改極化感應之介面電荷的極性，使得在發光裝置的作用層和電子阻擋層之介面的極性感應電荷是負的。多樣的具體態樣提供高效率的發光裝置，其可以同時增進電子阻擋層的電子阻擋效應和電洞注射效率。多樣之具體態樣的發光裝置更改極化感應之介面電荷的極性，如此則可以增加有效的電子阻障高度，同時可以減少有效的電洞阻障高度。結果，可以改善發光裝置的效率，並且可以減少效率萎縮。
圖4顯示示範根據多樣的具體態樣來形成發光裝置(LED)的方法流程圖400。
在402，緩衝層形成在基板上或上方。
在404，p型包覆層形成在緩衝層上或上方。
在406，電子阻擋層(EBL)形成在p型包覆層上或上方。
在408，作用層形成在電子阻擋層上或上方。
在410，n型包覆層形成在作用層上或上方。
根據圖4之具體態樣所形成的發光裝置在電子阻擋層和作用層的介面包括負的極化電荷，如下面所將描述。
根據多樣的具體態樣，基板可以是c面基板，也稱為(0001)基板。由於自動極化和壓電極化的緣故，形成或生長在c面基板上的層可以具有極化感應的電荷效應，如下面將進一步描述。於多樣的具體態樣，基板可以選自藍寶石(Al2O3)、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、砷化鎵(GaAs)所構成的群組。基板的厚度範圍可以在200微米到1毫米。
可以提供緩衝層以緩和基板和後續沉積的氮化層之間的晶格不匹配。
於多樣的具體態樣，緩衝層可以包括孕核層，舉例而言為GaN或AlGaN(氮化鋁鎵)孕核層，其披覆在基板上或上方。孕核層的厚度範圍可以從20奈米到100奈米。在402，孕核層可以披覆在基板上或上方。
於多樣的具體態樣，緩衝層可以包括生長在基板上或上方之非故意摻雜的氮化鎵(u-GaN)層。u-GaN層的厚度範圍可以在500奈米到5 微米。於多樣的具體態樣，u-GaN層可以生長在披覆於基板上的孕核層上。
於多樣的具體態樣，p型包覆層可以包括p型摻雜的氮化鎵(p-GaN)層、p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層、p型摻雜的氮化銦鎵(p-InGaN)層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦(p-AlGaInN)層。p型摻雜物可以是Mg(鎂)、Be(鈹)或Zn(鋅)。p型包覆層的厚度範圍可以在200奈米到2微米。
於多樣的具體態樣，電子阻擋層(EBL)可以包括p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層，其中p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。EBL的厚度範圍可以在5奈米到50奈米。EBL的鋁組成範圍可以從5%到100%。
於多樣的具體態樣，在408，作用層可以藉由以下而形成：形成由量子阻障層所夾住的單一量子井層，稱為單一量子井(single quantum well，SQW)結構；或者形成多重量子井層，其每一者都被量子阻障層夾住，稱為多重量子井(multiple quantum wells，MQW)結構。量子井層和量子阻障層可以採取交替次序來形成。量子井/量子阻障對的數目可以從1到15。
於多樣的具體態樣，一或更多個量子井層可以包括氮化銦鎵。量子井層可以包括範圍在0%到100%的銦組成，其可以取決於想要的發射波長而變化。量子井層可以是非故意摻雜的。
於多樣的具體態樣，量子阻障層可以包括氮化鎵。量子阻障層可以是非故意摻雜的，或者可以摻雜了n型摻雜物，例如Si或Ge。
於多樣的具體態樣，量子井的厚度範圍可以從2奈米到5奈米，並且量子阻障的厚度範圍可以從5奈米到50奈米。
於多樣的具體態樣，n型包覆層可以包括n型摻雜的氮化鎵(n-GaN)層、n型摻雜的氮化鋁鎵(n-AlGaN)層、n型摻雜的氮化銦鎵(n-InGaN) 層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦(n-AlGaInN)層。n型包覆層的厚度範圍可以從200奈米到2微米。n型摻雜物可以是Si(矽)或Ge(鍺)，並且摻雜濃度範圍可以從每立方公分1×1018個到每立方公分1×1020個。
於多樣的具體態樣，可以選擇p型包覆層、n型包覆層、作用層、EBL層的材料組成，如此則p型層、n型層、EBL層的能帶間隙應大於作用層，以便避免內部光吸收。
於多樣的具體態樣，緩衝層、p型包覆層、電子阻擋層、作用層、n型包覆層當中一或更多者可以使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而生長。
根據方法400所形成的LED結構可以在真空或在氮周遭環境中、溫度600℃到800℃下退火10分鐘以活化p型摻雜物。在以下所述的雷射剝離過程來移除基板之後也可以透過快速熱退火來進行退火過程。
於多樣的具體態樣，在410形成n型包覆層之後，金屬接觸層可以形成在n型包覆層上或上方，並且反光層可以進一步形成在金屬接觸層上或上方。金屬接觸層可以是Ti/Al雙層，其厚度各為3奈米。反光層也稱為鏡面層，其具有在可見光譜中之90%和以上的高反射度。鏡面層可以包括Al(鋁)、Ag(銀)、Ti(鈦)、Pt(鉑)、Cr(鉻)、Pd(鈀)或其他具有高反射度的金屬，並且鏡面層的厚度範圍可以在50奈米到200奈米。
於多樣的具體態樣，種子金屬層可以進一步沉積在反光層的頂部上，以便增進後續金屬沉積的黏著強度。種子層可以包括Ni(鎳)、W(鎢)、Au(金)、TaN(氮化鉭)或任何其他適合的金屬。種子層的厚度範圍可以在10奈米到50奈米。
金屬接觸層、鏡面層和種子層可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、電漿增進CVD(plasma-enhanced CVD，PECVD)、離子束沉積、電化學沉積和任何其他適合的沉積方法而沉積。
於多樣的具體態樣，金屬基板(例如銅基板)附接到種子金屬層上。可以進行金屬鍍覆過程以將具有前述金屬層的LED結構附接到金屬基板，其可以形成LED的n電極。金屬基板的厚度範圍從100微米到500微米。
於多樣的具體態樣，方法可以進一步包括經由紫外光(UV)雷射剝離過程而移除基板，如下面將更詳細描述。
於多樣的具體態樣，在移除基板之後，維持附接到p型包覆層的緩衝層可以經由乾式蝕刻而移除，例如感應耦合電漿(inductively coupled plasma，ICP)或反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)，如此以曝露p型包覆層。在此階段，可以進行快速熱退火過程以活化p型摻雜物。退火時間範圍可以在5到10分鐘，溫度範圍可以從500℃到700℃，周遭環境可以是N2。
金屬接觸層譬如是Ni/Ag金屬接觸層而厚度各為3奈米，其可以附接到或沉積到曝露的p型包覆層上，譬如以形成p電極，如此以完成LED裝置的製程。
在n型包覆層和p型包覆層上的金屬電極可以根據側向晶片製程而形成以形成側向式LED，或者根據垂直晶片製程而形成以形成垂直式LED。
上面多樣的具體態樣所述的LED製程可以在晶圓層級或晶片層級進行。藉此形成的LED在電子阻擋層和作用層的介面具有負電荷，如下面更詳細的解釋。
圖5顯示示範根據圖4多樣的具體態樣來形成LED層順序的過程的示意圖解501。雖然下面參考圖5所述的範例性具體態樣描述使用藍寶石結構、u-GaN層、p-GaN層、p-AlGaN EBL、InGaN/GaN作用區域、n-GaN層而形成LED結構，但是要了解上面多樣的具體態樣所述的其他材料也可以用於LED的個別層。
如圖5所示，LED結構生長在基板500的頂部上，該基板是由披覆了GaN孕核層的(0001)c面藍寶石所做成。藍寶石基板的厚度範圍可以從200微米到1毫米。GaN孕核層的厚度範圍可以從20奈米到100奈米。
非故意摻雜的GaN(u-GaN)層510生長在藍寶石基板500的頂部上。u-GaN層510的厚度範圍可以從500奈米到5微米。
p型摻雜的GaN 550後續生長在u-GaN層510的頂部上，其厚度範圍從200奈米到2微米。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。其次，p型摻雜的AlGaN EBL 540生長在p型摻雜的GaN 550的頂部上，其厚度範圍從5奈米到50奈米，並且Al組成範圍從5%到100%。類似而言，p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。
作用層或區域530生長在EBL 540上。作用層530可以包括由GaN量子阻障所夾住之單一或多重層的InGaN量子井。InGaN量子井的厚度範圍可以從2奈米到5奈米，並且GaN量子阻障的厚度範圍可以從5奈米到50奈米。InGaN量子井中的銦組成範圍可以從0%到100%，此視想 要的發射波長而定。InGaN量子井不是故意摻雜的，並且GaN量子阻障可以是非故意摻雜的或摻雜了n型摻雜物(例如Si或Ge)。InGaN/GaN對的數目可以從1到15。
n型摻雜的GaN 520生長在作用層530上，其厚度範圍從200奈米到2微米。n型摻雜物可以是Si或Ge。摻雜濃度範圍從每立方公分1×1018個到每立方公分1×1020個。
上述LED結構可以使用金屬有機化學氣相沉積法或分子束磊晶法而生長。生長的LED結構可以在真空或氮周遭環境中、溫度從600℃到800℃下退火10分鐘以活化p型摻雜物。在以雷射剝離過程移除藍寶石基板之後，也可以透過快速熱退火來進行退火過程。
在如上所述生長LED結構之後，金屬接觸層和鏡面層(未顯示於圖5)沉積在n-GaN 520上。金屬接觸層可以是Ti/Al雙層而厚度各為3奈米。鏡面層可以具有在可見光譜中之90%和以上的高反射度。鏡面層的材料可以是Al、Ag、Ti、Pt、Cr、Pd和其他具有高反射度的金屬。鏡面層的厚度範圍在50奈米到200奈米。種子金屬層(未顯示)也可以沉積到鏡面層上，其有助於增進後續金屬沉積的黏著強度。種子層材料可以是Ni、W、Au、TaN和任何其他適合的金屬。種子層的厚度範圍在10奈米到50奈米。
金屬接觸層、鏡面層、種子層可以使用電子束沉積、濺鍍、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增進CVD(PECVD)、離子束沉積、電化學沉積和任何其他適合的沉積方法而沉積。
然後進行金屬鍍覆過程以將具有前述金屬層的LED結構附接到金屬基板(未顯示)，例如銅。銅基板的厚度範圍從100微米到500微米。 金屬基板可以形成LED的n電極。
在上面過程之後，進行基板移除過程。藍寶石基板500使用UV雷射剝離技術而移除。在夠高的溫度下，GaN的穩定性是由晶體分解為氮氣和液態鎵所限制：2GaN(s)→N2(g)+2Ga(l)。當溫度超過關鍵的830℃昇華溫度時，真空中離開晶體表面的氮分子通量顯示隨著溫度而呈指數增加。在930℃的溫度，分解速率抵達差不多每秒一個單層。因此，GaN可以經由熱分解而極有效率的移除，該方法能夠做到控制樣品局部加熱到高於900℃的溫度。局部分解GaN的一種可能性是藉由吸收強光來為之，其光子能量在GaN的能帶間隙(3.42電子伏特)之上，譬如Nd：YAG脈波化雷射的355奈米(3.49電子伏特)第三諧波(脈波長度τ=6奈秒)，或KrF準分子雷射的248奈米(4.99電子伏特)線(脈波寬度τ=38奈秒)。因為在KrF雷射情形下有長很多的脈波持續時間，所以典型而言需要每平方公分600毫焦耳的較高脈波能量以將GaN加熱到高於昇華門檻之上；而在Nd：YAG(摻雜鈮的釔鋁石榴石；Nd：Y3Al5O12)雷射的情形，每平方公分300毫焦耳的脈波能量便足夠。高功率UV雷射光束使用光束均化器而圖案化成3毫米乘3毫米的方形尺寸。光束均化器將類似高斯分布的雷射光束轉換成類似平台的雷射光束，其提供改善的光束均勻性。使雷射光束掃描跨越整個晶圓而可以對大面積曝光。雷射輸出功率可以使用衰減器而加以變化。UV雷射典型的脈波化範圍在1~10赫茲，而一個脈波典型而言係足以達成GaN層的分解。圖案化的雷射光束穿過藍寶石基板側而照在LED晶圓上並且掃描跨越整個晶圓。當雷射功率密度大於關鍵值時，靠近藍寶石/GaN之介面的GaN緩衝層將分解成Ga金屬和氮。藍寶石基板可以直接移除或在將晶圓加熱到 40℃和更高之後而移除。氮自動釋放到周遭環境中。Ga金屬則使用HCl(氯化氫)酸而移除。
維持附接到p型包覆層550之曝露的u-GaN緩衝層510舉例而言可以藉由乾式蝕刻技術(例如ICP或RIE)而後續移除，如此以曝露p型包覆層550。在此階段，可以進行快速熱退火過程以活化p型摻雜物。退火時間範圍可以在5到10分鐘，溫度範圍可以從500℃到700℃，周遭環境可以是N2。
最後，金屬接觸層(未顯示，譬如厚度各為3奈米的Ni/Ag金屬接觸層)沉積在曝露的p-GaN層550上以完成LED裝置製程。Ni/Ag金屬接觸層可以形成LED的p電極，其可以相對於n電極而形成在曝露之p-GaN層550的背面或底面，或者可以形成在p-GaN層550之接觸電子阻擋層540的相對表面。
在n型包覆層和p型包覆層上的金屬電極可以根據側向晶片製程而形成以形成側向式LED，或者根據垂直晶片製程而形成以形成垂直式LED。
上面LED製程可以在晶圓層級或晶片層級進行。LED晶粒可以使用切塊/刻劃技術或無切塊過程而分離。
LED 601靠近作用區域的層結構示範於圖6(a)。如圖6(a)所示，LED 601包括作用層530和p-GaN層550，其由當中安排的p-AlGaN EBL 540所分離。相對於如圖3(a)所示的習用LED，藉由上述圖4和圖5的方法，在作用區域530/p-AlGaN EBL 540之介面的極化感應電荷540b的極性反轉成負的。在p-GaN層550/p-AlGaN EBL 540之介面的極化感應電荷540a則 變成正的。
根據圖4和圖5的具體態樣，透過逆轉InGaN LED結構的層順序，在作用區域和p-AlGaN EBL之介面的極化感應電荷的極性已經從正逆轉到負的。
圖6(b)顯示作用層、EBL層、p-GaN層而存在如圖6(a)之負極化感應介面電荷的示意能帶圖解，其中Ec代表傳導能帶邊緣並且Ev代表共價能帶邊緣。
如圖6(b)所示，相對於如圖3(b)所示之習用LED的能帶圖解，在作用區域530/p-AlGaN EBL 540之介面的負極化感應電荷增加對於在量子阻障530a和530c所夾住的InGaN量子井530b中之電子的有效阻障高度，並且減少對於在p-GaN層550中之電洞的有效阻障高度。從p-AlGaN EBL 540之Al組成為0.15的模擬結果，對於InGaN量子井530b中之電子的有效阻障高度可以增加到大約828.3毫電子伏特，並且對於p-GaN層550中之電洞的有效阻障高度可以減少到大約316.7毫電子伏特。
相較於圖3(a)的參考LED，由於電子阻障高度增加和電洞阻障高度減少的緣故，大大減少了電子洩漏到p型GaN層550裡，並且顯著改善電洞注射到作用區域530裡。因此，根據上面多樣的具體態樣所形成之LED的量子效率和輸出功率將大大改善，並且效率萎縮將受到顯著抑制。
圖7顯示示範根據多樣的具體態樣來形成發光裝置的方法的流程圖700。
在702，緩衝層形成在基板上或上方。
在704，n型包覆層形成在緩衝層上或上方。
在706，作用層形成在n型包覆層上或上方。
在708，極性反轉層形成在作用層上或上方。
在710，電子阻擋層(EBL)形成在極性反轉層上或上方。
在712，p型包覆層形成在電子阻擋層上或上方。
根據圖7之具體態樣所形成的發光裝置在電子阻擋層和極性反轉層的介面具有負的極化電荷，如下面圖9(a)所將描述。
根據多樣的具體態樣，基板可以是c面基板，也稱為(0001)基板。由於自動極化和壓電極化的緣故，形成或生長在c面基板上的層可以具有極化感應的電荷效應，如下面將進一步描述。於多樣的具體態樣，基板可以選自藍寶石(Al2O3)、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、砷化鎵(GaAs)所構成的群組。基板的厚度範圍可以在200微米到1毫米。
可以提供緩衝層以緩和基板和後續沉積的氮化層之間的晶格不匹配。
於多樣的具體態樣，緩衝層可以包括孕核層，舉例而言為GaN或AlGaN(氮化鋁鎵)孕核層，其披覆在基板上或上方。孕核層的厚度範圍可以從20奈米到100奈米。在902，孕核層可以披覆在基板上或上方。
於多樣的具體態樣，緩衝層可以包括生長在基板上或上方之非故意摻雜的氮化鎵(u-GaN)層。u-GaN層的厚度範圍可以在500奈米到5微米。於多樣的具體態樣，u-GaN層可以生長在披覆於基板上的孕核層上。
於多樣的具體態樣，n型包覆層可以包括n型摻雜的氮化鎵(n-GaN)層、n型摻雜的氮化鋁鎵(n-AlGaN)層、n型摻雜的氮化銦鎵(n-InGaN) 層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦(n-AlGaInN)層。n型包覆層的厚度範圍可以從1微米到4微米。n型摻雜物可以是Si(矽)或Ge(鍺)，並且摻雜濃度範圍可以從每立方公分1×1018個到每立方公分1×1020個。
於多樣的具體態樣，在906，作用層可以藉由以下而形成：形成由量子阻障層所夾住的單一量子井層，稱為單一量子井(SQW)結構；或形成多重量子井層，其每一者都被量子阻障層夾住，稱為多重量子井(MQW)結構。量子井層和量子阻障層可以採取交替次序來形成。量子井/量子阻障對的數目可以從1到I5。
於多樣的具體態樣，一或更多個量子井層可以包括氮化銦鎵。量子井層可以包括範圍在0%到100%的銦組成，此可以取決於想要的發射波長而變化。量子井層可以是非故意摻雜的。
於多樣的具體態樣，量子阻障層可以包括氮化鎵。量子阻障層可以是非故意摻雜的或可以摻雜了n型摻雜物，例如Si或Ge。
於多樣的具體態樣，量子井的厚度範圍可以從2奈米到5奈米，並且量子阻障的厚度範圍可以從5奈米到50奈米。
於多樣的具體態樣，極性反轉層(polarity inversion layer，PIL)可以包括氮化鎂(Mg3N2)。於多樣的具體態樣，極性反轉層可以形成的厚度範圍在1奈米到2奈米。
於多樣的具體態樣，由於在極性反轉層的薄區域裡有晶體結構改變，故在電子阻擋層達成極性反轉。示範而言，在以金屬有機化學氣相沉積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)而在[0001]方向上磊晶生長GaN時，Ga原子和N原子一層接著一層而交替沉積，形成了六邊形 結構。當作用區域生長之後由MOCVD供應Mg原子和N原子以形成極性反轉層時，由於它們有不同的原子性質，故原始的Ga/N/Ga/N順序將改變成Ga/N/Mg/Mg/N/Ga順序，因此在一個MOCVD生長過程中實現了極性反轉。
於多樣的具體態樣，電子阻擋層(EBL)可以包括p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層，其中p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。EBL的厚度範圍可以在5奈米到50奈米。EBL的鋁組成範圍可以從0%到100%。
於多樣的具體態樣，p型包覆層可以包括p型摻雜的氮化鎵(p-GaN)層、p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層、p型摻雜的氮化銦鎵(p-InGaN)層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦(p-AlGaInN)層。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。p型包覆層的厚度範圍可以在200奈米到2微米。
於多樣的具體態樣，可以選擇p型包覆層、n型包覆層、作用層、EBL層的材料組成，如此則p型層、n型層、EBL層的能帶間隙應大於作用層，以便避免內部光吸收。
於多樣的具體態樣、緩衝層、n型包覆層、作用層、極性反轉層、電子阻擋層、p型包覆層當中一或更多者可以使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而生長。
根據方法700所形成的LED結構可以在真空或氮周遭環境中、溫度從600℃到800℃下退火10分鐘以活化p型摻雜物。在以雷射剝離過程移除基板之後，也可以透過快速熱退火來進行退火過程。
在根據上面圖7具體態樣來生長LED結構的多樣層之後，可以類似的應用關於上面圖4和圖5所述的側向晶片製程或垂直晶片製程 以形成側向式LED或垂直式LED。舉例而言，金屬接觸層可以形成在p型包覆層上以形成p電極。舉例而言，基板可以經由如上所述的UV雷射剝離而移除。舉例而言，在移除基板之後維持附接到n型包覆層的緩衝層可以經由乾式蝕刻而進一步移除，如此以曝露n型包覆層，並且金屬接觸層可以附接到曝露的n型包覆層以形成n電極。
上面多樣的具體態樣所述之LED製程可以在晶圓層級或晶片層級進行。藉此形成的LED在電子阻擋層和作用層的介面具有負電荷，如下面更詳細的解釋。
圖8顯示示範根據圖7多樣的具體態樣來形成LED層順序的過程的示意圖解801。雖然參考下面圖8所述的範例性具體態樣所描述的LED結構使用藍寶石結構、u-GaN層、n-GaN層、InGaN/GaN作用區域、Mg3N2極性反轉層、p-AlGaN EBL、p-GaN層而形成、但是要了解上面圖7之多樣的具體態樣所述的其他材料也可以用於LED的個別層。
如圖8所示，LED結構生長在基板800的頂部上，該基板是由披覆了GaN孕核層的(0001)c面藍寶石所做成。藍寶石基板的厚度範圍可以從200微米到1毫米。GaN孕核層的厚度範圍可以從20奈米到100奈米。
非故意摻雜的GaN(u-GaN)層810生長在藍寶石基板800的頂部上。u-GaN 810的厚度範圍可以從500奈米到5微米。
n型摻雜的GaN(n-GaN)層820後續生長在u-GaN層810上，其厚度範圍從1微米到4微米。n型摻雜物可以是Si或Ge，並且摻雜濃度範圍可以從每立方公分1×1018個到每立方公分1×1020個。
作用區域830生長在n-GaN層820上。作用層830可以包括 由GaN量子阻障所夾住之單一或多重層的InGaN量子井。InGaN量子井的厚度範圍可以從2奈米到5奈米，並且GaN量子阻障的厚度範圍可以從5奈米到50奈米。InGaN量子井的In組成範圍可以從0%到100%，此視想要的發射波長而定。InGaN量子井可以是非故意摻雜的，並且GaN量子阻障可以是非故意摻雜的或摻雜了n型摻雜物，例如Si或Ge。InGaN/GaN對的數目可以從1到15。
其次，薄的極性反轉層(PIL)860生長在作用層830上。PIL 860的厚度範圍在1奈米到2奈米。PIL是由氮化鎂(Mg3N2)所組成。
p型摻雜的AlGaN(p-AlGaN)EBL 840生長在PIL 860上，其厚度範圍從5奈米到50奈米。p-AlGaN EBL 840的Al組成範圍可以從0%到100%。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。
最後，p型摻雜的GaN(p-GaN)層850生長在EBL 840上，其厚度範圍從200奈米到2微米。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。
上述LED結構之多樣的層可以使用金屬有機化學氣相沉積法或分子束磊晶法而生長。生長的LED結構可以在真空或氮周遭環境中、溫度從600℃到800℃下退火10分鐘以活化p型摻雜物。在以雷射剝離過程移除藍寶石基板之後，也可以透過快速熱退火來進行退火過程。
在如上生長了LED結構之多樣的層之後，可以類似的應用有關上面圖4和圖5所述的側向晶片製程或垂直晶片製程以形成側向式LED或垂直式LED。舉例而言，金屬接觸層可以形成在p型包覆層上以形成p電極。舉例而言，基板可以經由如上所述的UV雷射剝離而移除。舉例而言，在移除基板之後維持附接到n型包覆層的緩衝層可以經由乾式蝕刻而進一 步移除，如此以曝露n型包覆層，並且金屬接觸層可以附接到曝露的n型包覆層以形成n電極。在側向晶片製程或垂直晶片製程之後，LED晶粒可以使用切塊/刻劃技術或無切塊過程而分離。
圖9(a)顯示根據多樣的具體態樣之圖8中靠近作用層的LED層結構901。如圖9(a)所示，LED 901包括作用層830和p-GaN層850，其由當中安排的p-AlGaN EBL 840所分離，並且進一步的PIL 860插在作用層830和p-AlGaN EBL 840之間。藉由上述圖7和圖8的方法，在PIL 860/p-AlGaN EBL 840的介面之極化感應電荷840b的極性反轉成負的，並且在p-AlGaN EBL 840/p-GaN層850的介面之極化感應電荷840a的極性反轉成正的。相對於如圖3(a)所示的習用LED，由於PIL 860的厚度極薄，故負的極化感應電荷840b對於作用區域830、p-AlGaN EBL 840、p-GaN 850的性質影響類似於圖6(a)的LED。
根據圖7和圖8的具體態樣，透過在作用區域和p-AlGaN EBL之間插入薄的極性反轉層，在作用區域和p-AlGaN EBL之間介面的極化感應電荷的極性已經從正逆轉到負的。
圖9(b)顯示作用層、極性反轉層、PIL、EBL、p-GaN層而存在如圖9(a)之負極化感應介面電荷的示意能帶圖解，其中Ec代表傳導能帶邊緣並且Ev代表共價能帶邊緣。相對於如圖3(b)所示之習用LED的能帶圖解，如圖9(b)所示，在PIL 860/p-AlGaN EBL 840之介面的負極化感應電荷840b增加對於由量子阻障830a和830c所夾住的InGaN量子井830b中之電子的有效阻障高度，並且減少對於p-GaN層850中之電洞的有效阻障高度。結果，大大改善了根據圖7和圖8的具體態樣所形成之LED的量子效率， 並且效率萎縮受到顯著抑制。
圖10顯示流程圖1000，其示範根據多樣的具體態樣來形成發光裝置的方法。
在1002，緩衝層形成在負c面基板上或上方。負c面基板也稱為面基板、(000)基板或(000)面基板。由於自動極化和壓電極化的緣故，形成或生長在負c面基板上的層可以具有極化感應的電荷效應，如下面將進一步描述。
在1004，n型包覆層形成在緩衝層上或上方。
在1006，作用層形成在n型包覆層上或上方。
在1008，電子阻擋層(EBL)形成在作用層上或上方。
在1010，p型包覆層形成在電子阻擋層上或上方。
根據圖10之具體態樣所形成的發光裝置在電子阻擋層和作用層的介面具有負的極化電荷，如下面將於圖11(a)所述。
根據多樣的具體態樣，基板可以選自藍寶石(Al2O3)、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、砷化鎵(GaAs)所構成的群組。基板的厚度範圍可以在200微米到1毫米。
可以提供緩衝層以緩和基板和後續沉積的氮化層之間的晶格不匹配。
於多樣的具體態樣，緩衝層可以包括孕核層，舉例而言為GaN或AlGaN(氮化鋁鎵)孕核層，其披覆在基板上或上方。孕核層的厚度範圍可以從20奈米到100奈米。在1002，孕核層可以披覆在基板上或上方。
於多樣的具體態樣，緩衝層可以包括生長在基板上或上方之 非故意摻雜的氮化鎵(u-GaN)層。u-GaN層的厚度範圍可以在500奈米到5微米。於多樣的具體態樣，u-GaN層可以生長在披覆於基板上的孕核層上。
於多樣的具體態樣，n型包覆層可以包括n型摻雜的氮化鎵(n-GaN)層、n型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層、n型摻雜的氮化銦鎵(p-InGaN)層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦(p-AlGaInN)層。n型包覆層的厚度範圍可以從1微米到4微米。n型摻雜物可以是Si(矽)或Ge(鍺)，並且摻雜濃度範圍可以從每立方公分1×1018個到每立方公分1×1020個。
於多樣的具體態樣，在1006，作用層可以藉由以下而形成：形成由量子阻障層所夾住的單一量子井層，稱為單一量子井(SQW)結構；或形成多重量子井層，其每一者都被量子阻障層夾住，稱為多重量子井(MQW)結構。量子井層和量子阻障層可以採取交替次序來形成。量子井/量子阻障對的數目可以從1到15。
於多樣的具體態樣，一或更多個量子井層可以包括氮化銦鎵。量子井層可以包括範圍在0%到100%的銦組成，其可以取決於想要的發射波長而變化。量子井層可以是非故意摻雜的。
於多樣的具體態樣，量子阻障層可以包括氮化鎵。量子阻障層可以是非故意摻雜的或者可以摻雜了n型摻雜物，例如Si或Ge。
於多樣的具體態樣，量子井的厚度範圍可以從2奈米到5奈米，並且量子阻障的厚度範圍可以從5奈米到50奈米。
於多樣的具體態樣，電子阻擋層(EBL)可以包括p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層，其中p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。EBL的厚度範圍可以在5奈米到50奈米。EBL的鋁組成範圍可以從0%到100%。
於多樣的具體態樣，p型包覆層可以包括p型摻雜的氮化鎵(p-GaN)層、p型摻雜的氮化鋁鎵(p-AlGaN)層、p型摻雜的氮化銦鎵(p-InGaN)層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦(p-AlGaInN)層。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。p型包覆層的厚度範圍可以在200奈米到2微米。
於多樣的具體態樣，可以選擇p型包覆層、n型包覆層、作用層、EBL層的材料組成，如此則p型層、n型層、EBL層的能帶間隙應大於作用層，以便避免內部光吸收。
於多樣的具體態樣，緩衝層、n型包覆層、作用層、電子阻擋層、p型包覆層當中一或更多者可以使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而生長。
根據方法1000所形成的LED結構可以在真空或氮周遭環境中、溫度從600℃到800℃下退火10分鐘以活化p型摻雜物。在以雷射剝離過程移除基板之後，也可以透過快速熱退火來進行退火過程。
在根據上面圖10的具體態樣生長LED結構之多樣的層之後，可以類似的應用有關上面圖4和圖5所述的側向晶片製程或垂直晶片製程以形成側向式LED或垂直式LED。舉例而言，金屬接觸層可以形成在p型包覆層上以形成p電極。舉例而言，基板可以經由如上所述的UV雷射剝離而移除。舉例而言，在基板移除之後維持附接到n型包覆層的緩衝層可以經由乾式蝕刻而進一步移除，如此以曝露n型包覆層，並且金屬接觸層可以附接到曝露的n型包覆層以形成n電極。
上面多樣的具體態樣所述的LED製程可以在晶圓層級或晶片層級進行。藉此形成的LED在電子阻擋層和作用層的介面具有負電荷， 如下面更詳細的解釋。
圖11顯示示意圖解1101，其示範根據圖10之多樣的具體態樣來形成LED層順序的過程。雖然參考下面圖11所述的範例性具體態樣所描述的LED結構使用藍寶石結構、u-GaN層、n-GaN層、InGaN/GaN作用區域、p-AlGaN EBL、p-GaN層而形成，但是要了解上面圖10之多樣的具體態樣所述的其他材料也可以用於LED的個別層。
如圖11所示，LED結構生長在基板1102的頂部上，該基板是由披覆了GaN孕核層的(000)面藍寶石所做成。藍寶石基板的厚度範圍可以從200微米到1毫米。GaN孕核層的厚度範圍可以從20奈米到100奈米。
非故意摻雜的GaN(u-GaN)層1110生長在藍寶石基板1102的頂部上。u-GaN層1110的厚度範圍可以從500奈米到5微米。
n型摻雜的GaN(n-GaN)層1120後續生長在u-GaN層1110上，其中n-GaN層1120的厚度範圍可以從1微米到4微米。摻雜物可以是Si或Ge，並且摻雜濃度範圍可以從每立方公分1×1018個到每立方公分1×1020個。
作用區域1130然後生長在n-GaN層1120上。作用層1130可以包括由GaN量子阻障所夾住之單一或多重層的InGaN量子井。InGaN量子井的厚度範圍可以從2奈米到5奈米，並且GaN量子阻障的厚度範圍可以從5奈米到50奈米。InGaN量子井的In組成範圍可以從0%到100%，此視想要的發射波長而定。InGaN量子井不是故意摻雜的，並且GaN量子阻障是非故意摻雜的或摻雜了n型摻雜物，例如Si或Ge。InGaN/GaN對 的數目可以從1到15。
然後，p型摻雜的AlGaN(p-AlGaN)EBL 1140生長在作用層1130上，其厚度範圍從5奈米到50奈米。EBL 1140的Al組成範圍可以從0%到100%。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。
最後，p型摻雜的GaN(p-GaN)層1150生長在EBL 1140上，其厚度範圍從200奈米到2微米。p型摻雜物可以是Mg、Be或Zn。
上述LED結構之多樣的層可以使用金屬有機化學氣相沉積法或分子束磊晶法而生長。生長的LED結構可以在真空或氮周遭環境中、溫度從600℃到800℃下退火10分鐘以活化p型摻雜物。在以雷射剝離過程移除藍寶石基板之後，也可以透過快速熱退火來進行退火過程。
在如上生長了LED結構之多樣的層之後，可以類似的應用有關上面圖4和圖5所述的側向晶片製程或垂直晶片製程以形成側向式LED或垂直式LED。舉例而言，金屬接觸層可以形成在p型包覆層上以形成p電極。舉例而言，基板可以經由如上所述的UV雷射剝離而移除。舉例而言，在移除基板之後維持附接到n型包覆層的緩衝層可以經由乾式蝕刻而進一步移除，如此以曝露n型包覆層，並且金屬接觸層可以附接到曝露的n型包覆層以形成n電極。在側向晶片製程或垂直晶片製程之後，LED晶粒可以使用切塊/刻劃技術或無切塊過程而分離。
圖12(a)顯示根據多樣的具體態樣之圖11中靠近作用層的LED層結構1201。如圖12(a)所示，LED 1201包括作用層1130和p-GaN層1150，其由當中安排的p-AlGaN EBL 1140所分離。相對於如圖3(a)所示的習用LED，藉由上述圖10和圖11的方法，在作用層1130/p-AlGaN EBL 1140 的介面之極化感應電荷1140b的極性反轉成負的。在p-AlGaN EBL 1140/p-GaN層1150的介面之極化感應電荷1140a的極性反轉成正的。
根據圖10和圖11的具體態樣，經由將LED結構生長在(000)方向藍寶石基板上而非習用的(0001)方向藍寶石基板上，在作用區域和p-AlGaN EBL之間介面之極化感應電荷的極性已經從正的逆轉到負的。
圖12(b)顯示作用層、EBL、p-GaN層而存在如圖12(a)之負極化感應介面電荷的示意能帶圖解，其中Ec代表傳導能帶邊緣並且Ev代表共價能帶邊緣。相對於如圖3(b)所示之習用LED的能帶圖解，如圖12(b)所示，在作用區域1130/p-AlGaN EBL 1140之介面的負極化感應電荷1140b增加對於在由量子阻障1130a和1130c所夾住的InGaN量子井1130b中之電子的有效阻障高度，並且如圖12(b)所示，減少對於p-GaN 1150中之電洞的有效阻障高度。結果，大大改善了根據圖10和圖11的具體態樣所形成之LED的量子效率，並且顯著抑制了效率萎縮。
上面多樣的具體態樣所述的方法可以應用於製造光電子裝置(例如高功率LED、光偵測器、雷射二極體)和微電子器件(例如雙極性電晶體)。
圖13顯示發光裝置1301，其根據上面多樣的具體態樣之方法而形成。
發光裝置1301包括n型摻雜層1320、配置在上方並且實體接觸著n型摻雜層1320的作用層1330、配置在上方並且實體接觸著作用層1330的電子阻擋層1340、配置在上方並且實體接觸著電子阻擋層1340的p型摻雜層1350。
發光裝置1301可以進一步包括形成在n型摻雜層1320的n電極(未顯示)和形成在p型摻雜層1350的p電極(未顯示)。n電極和p電極可以根據垂直製程來製造以形成垂直結構的發光裝置，或者可以根據側向製程來製造以形成側向結構的發光裝置。
發光裝置1301可以根據上面圖4和圖5的方法而形成，其中LED結構的層順序在製造期間逆轉；或者可以根據上面圖10和圖11的方法而形成，其中LED層結構生長在(000)方向基板上而非(0001)方向基板上，使得在作用層1330/EBL 1340之介面的極化感應電荷從正逆轉到負。如圖13所示，在作用層1330/EBL 1340之介面的極化感應電荷1340b變成負的，並且在EBL 1340/p型層1350之介面的極化感應電荷1340a據此變成正的。
圖14顯示發光裝置1401，其根據上面多樣的具體態樣之方法而形成。
發光裝置1401包括n型摻雜層1420、配置在上方並且實體接觸著n型摻雜層1420的作用層1430、配置在上方並且實體接觸著作用層1430的極性反轉層1460、配置在上方並且實體接觸著極性反轉層1460的電子阻擋層1440、配置在上方並且實體接觸著電子阻擋層1440的p型摻雜層1450。
發光裝置1401可以進一步包括形成在n型摻雜層1420的n電極(未顯示)和形成在p型摻雜層1450的p電極(未顯示)。n電極和p電極可以根據垂直製程來製造以形成垂直結構的發光裝置，或者可以根據側向製程來製造以形成側向結構的發光裝置。
發光裝置1401可以根據上面圖7和圖8的方法而形成，其中極性反轉層(PIL)1460插在作用層1430和電子阻擋層1440之間，使得在PIL 1460/EBL 1440之介面的極化感應電荷從正逆轉到負的。如圖14所示，在PIL 1460/EBL 1440之介面的極化感應電荷1440b變成負的，並且在EBL 1440/p型層1450之介面的極化感應電荷1440a據此變成正的。
根據上面多樣的具體態樣所形成的發光裝置更改在作用層/EBL的介面之極化感應電荷的極性，如此則在習用LED結構的作用區域和EBL之介面所存在的正電荷已經改變成負電荷。以此方式，可以增加有效的電子阻障高度，同時可以減少有效的電洞阻障高度。據此，多樣的具體態樣提供高效率LED，其可以同時增進EBL的電子阻擋效應和電洞注射效率。結果，可以改善LED的絕對效率，並且可以減少效率萎縮。
多樣之具體態樣的方法和發光裝置所提供的好處在於增加對於電子的有效能障高度，如此則可以抑制習用之InGaN LED所觀察到的電子溢流，並且可以顯著改善裝置的量子效率。附帶而言，多樣之具體態樣的方法和發光裝置所提供的好處在於減少對於電洞的有效能障高度，如此則可以改善電洞注射效率，並且電洞可以更深的穿透到作用區域裡而具有更均勻的分布，這將導致裝置的量子效率有所改善。此外，由於減少電子溢流和改善電洞注射的緣故，多樣之具體態樣的方法和發光裝置所提供的好處在於抑制在高功率操作下的效率萎縮。
雖然已經參考特定具體態樣來特別顯示和描述本發明，不過熟於此技藝者應了解當中可以在形式和細節上做出多樣的改變，而不偏離本發明如所附請求項界定的精神和範圍。本發明的範圍因此是由所附申請 專利範圍而指出，並且因而打算涵蓋落於請求項之等同意義和範圍裡的所有改變。
1301‧‧‧發光裝置
1320‧‧‧n型摻雜層
1330‧‧‧作用層
1340‧‧‧電子阻擋層
1340a、1340b‧‧‧極化感應電荷
1350‧‧‧p型摻雜層

Claims (44)

  1. 一種形成發光裝置的方法，該方法包括：在基板上形成緩衝層；在該緩衝層上形成p型包覆層；在該p型包覆層上形成電子阻擋層；在該電子阻擋層上形成作用層；以及在該作用層上形成n型包覆層。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該基板是c面基板。
  3. 如申請專利範圍第1或2項的方法，其中該緩衝層包括孕核層，其披覆在該基板上。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的方法，其中該緩衝層包括非故意摻雜的氮化鎵層。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項的方法，其中該p型包覆層包括p型摻雜的氮化鎵層、p型摻雜的氮化鋁鎵層、p型摻雜的氮化銦鎵層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦層；其中該電子阻擋層包括p型摻雜的氮化鋁鎵層；其中該n型包覆層包括n型摻雜的氮化鎵層、n型摻雜的氮化鋁鎵層、n型摻雜的氮化銦鎵層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦層。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項的方法，其中形成該作用層包括：形成由量子阻障層所夾住的一或更多個量子井層。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中該一或更多個量子井層包括氮化銦鎵， 其中該等量子阻障層包括氮化鎵。
  8. 如申請專利範圍第7項的方法，其中該等量子井層包括範圍在0%到100%的銦組成。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項的方法，其進一步包括：在該n型包覆層上形成金屬接觸層；在該金屬接觸層上形成反光層；以及在該反光層上形成種子金屬層。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，其進一步包括：將金屬基板附接在該種子金屬層上。
  11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項的方法，其進一步包括：經由紫外光(UV)雷射剝離(liftoff)而移除該基板。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法，其進一步包括：經由乾式蝕刻而移除維持附接到該p型包覆層的該緩衝層，如此以曝露該p型包覆層。
  13. 如申請專利範圍第12項的方法，其進一步包括：將金屬接觸層附接到該曝露的p型包覆層。
  14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項的方法，其中該緩衝層、該p型包覆層、該電子阻擋層、該作用層、該n型包覆層當中一或更多者使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而形成。
  15. 一種形成發光裝置的方法，該方法包括：在基板上形成緩衝層；在該緩衝層上形成n型包覆層； 在該n型包覆層上形成作用層；在該作用層上形成極性反轉層；在該極性反轉層上形成電子阻擋層；以及在該電子阻擋層上形成p型包覆層。
  16. 如申請專利範圍第15項的方法，其中該基板是c面基板。
  17. 如申請專利範圍第15或16項的方法，其中該極性反轉層包括氮化鎂。
  18. 如申請專利範圍第15至17項中任一項的方法，其中該極性反轉層所形成的厚度範圍在1奈米到2奈米。
  19. 如申請專利範圍第15至18項中任一項的方法，其中該緩衝層包括孕核層，其披覆在該基板上。
  20. 如申請專利範圍第15至19項中任一項的方法，其中該緩衝層包括非故意摻雜的氮化鎵層。
  21. 如申請專利範圍第15至20項中任一項的方法，其中該n型包覆層包括n型摻雜的氮化鎵層、n型摻雜的氮化鋁鎵層、n型摻雜的氮化銦鎵層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦層；其中該電子阻擋層包括p型摻雜的氮化鋁鎵層；其中該p型包覆層包括p型摻雜的氮化鎵層、p型摻雜的氮化鋁鎵層、p型摻雜的氮化銦鎵層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦層。
  22. 如申請專利範圍第15至21項中任一項的方法，其中形成該作用層包括：形成由量子阻障層所夾住的一或更多個量子井層。
  23. 如申請專利範圍第22項的方法，其中該一或更多個量子井層包括氮 化銦鎵，其中該等量子阻障層包括氮化鎵。
  24. 如申請專利範圍第23項的方法，其中該等量子井層包括範圍在0%到100%的銦組成。
  25. 如申請專利範圍第15至24項中任一項的方法，其進一步包括：在該p型包覆層上形成金屬接觸層。
  26. 如申請專利範圍第15至25項中任一項的方法，其進一步包括：經由UV雷射剝離而移除該基板。
  27. 如申請專利範圍第26項的方法，其進一步包括：經由乾式蝕刻而移除維持附接到該n型包覆層的該緩衝層，如此以曝露該n型包覆層。
  28. 如申請專利範圍第27項的方法，其進一步包括：將金屬接觸層附接到該曝露的n型包覆層。
  29. 如申請專利範圍第15至28項中任一項的方法，其中該緩衝層、該n型包覆層、該作用層、該極性反轉層、該電子阻擋層、該p型包覆層當中一或更多者使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而形成。
  30. 一種發光裝置，其包括：作用層，其具有第一表面和相對於該第一表面的第二表面；n型包覆層，其形成在該作用層的該第一表面上；極性反轉層，其形成在該作用層的該第二表面上；電子阻擋層，其形成在該極性反轉層上而相對於該作用層；以及p型包覆層，其形成在該電子阻擋層上而相對於該極性反轉層。
  31. 如申請專利範圍第30項的發光裝置，其中該極性反轉層包括氮化鎂。
  32. 如申請專利範圍第31或32項的發光裝置，其中該極性反轉層具有的厚度範圍在1奈米到2奈米。
  33. 一種形成發光裝置的方法，該方法包括：在負c面基板上形成緩衝層；在該緩衝層上形成n型包覆層；在該n型包覆層上形成作用層；在該作用層上形成電子阻擋層；以及在該電子阻擋層上形成p型包覆層。
  34. 如申請專利範圍第33項的方法，其中該緩衝層包括孕核層，其披覆在該基板上。
  35. 如申請專利範圍第33或34項的方法，其中該緩衝層包括非故意摻雜的氮化鎵層。
  36. 如申請專利範圍第33至35項中任一項的方法，其中該n型包覆層包括n型摻雜的氮化鎵層、n型摻雜的氮化鋁鎵層、n型摻雜的氮化銦鎵層或n型摻雜的氮化鋁鎵銦層；其中該電子阻擋層包括p型摻雜的氮化鋁鎵層；其中該p型包覆層包括p型摻雜的氮化鎵層、p型摻雜的氮化鋁鎵層、p型摻雜的氮化銦鎵層或p型摻雜的氮化鋁鎵銦層。
  37. 如申請專利範圍第33至36項中任一項的方法，其中形成該作用層包括：形成由量子阻障層所夾住的一或更多個量子井層。
  38. 如申請專利範圍第37項的方法，其中該一或更多個量子井層包括氮化銦鎵，其中該量子阻障層包括氮化鎵。
  39. 如申請專利範圍第38項的方法，其中該等量子井層包括範圍在0%到100%的銦組成。
  40. 如申請專利範圍第33至39項中任一項的方法，其進一步包括：在該p型包覆層上形成金屬接觸層。
  41. 如申請專利範圍第33至40項中任一項的方法，其進一步包括：經由UV雷射剝離(liftoff)而移除該基板。
  42. 如申請專利範圍第41項的方法，其進一步包括：經由乾式蝕刻而移除維持附接到該n型包覆層的該緩衝層，如此以曝露該n型包覆層。
  43. 如申請專利範圍第42項的方法，其進一步包括：將金屬接觸層附接到該曝露的n型包覆層。
  44. 如申請專利範圍第33至43項中任一項的方法，其中該緩衝層、該n型包覆層、該作用層、該電子阻擋層、該p型包覆層當中一或更多者使用金屬有機化學氣相沉積或分子束磊晶而形成。
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