TWI321363B - Iii-nitride light emitting device with p-type active layer - Google Patents

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Description

1321363 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在活性區域中具有至少一 p-塱式層之III族 氮化物發光裝置。 【先前技術】 在最有效光源中，目前可利用半導體發光裝置（LEDs)。 目前有利製造能夠跨可見光譜工作的高亮度LEDs的物質 系統包括第ΠΙ至V族半導體，特別為具有通式 AlxInyGazN(〇2x<l，〇sy<l，〇sz<l，x+y+z=l)的鎵、铭、 銦和氮之二元、三元及四元合金，亦稱為III族氮化物。通 常’ ΠΙ族氮化物發光裝置由金屬-有機化學蒸氣沈積 (MOCVD)、分子束磊晶（MBE)或其他磊晶技術在藍寶石、 石厌化石夕或I π族氮化物基材上蠢晶生長不同組合物和換雜濃 縮物之疊層製造。該疊層通常包括一或多層在基材上形成 的用（例如）Si摻雜之η-型式層、在該一或多層η-型式層上形 成的發光或活性區域以及一或多層在活性區域上形成的用 (例如）Mg摻雜4.ρ-型式層。活性區域為η_型式（一般摻雜& 或未經摻雜）。 【發明内容】 根據本發明之較佳具體實施例，一種m族氮化物發光裝 置包括一 η-型式層、一 ρ-型式層及一能夠在p —型式層和〇 型式層之間發光之活性區域。該活性區域包括至少—額外 Ρ-型式層。活性區域中的Ρ-型式層可為量子阱層或障壁層。 在—些具體實施例中，活性區域中的量子阱層和障壁層二 87102 1321363 變得在高電流密度過高，導致狀態填充以及過量電子茂漏 進入P-型式層1和2。該洩漏電流不理想，因為它不能在所 需波長產生光。因此，量子牌A中的過量載流子及量子牌 B-D中的過量載流子相對缺乏可能為在圖2中所示高電流外 量子效率降低的原因。 圖3說明根據本發明一具體實施例之發光裝置。圖3中裝 置包括一在基材10上形成的n-型式層u。n_型式層u可包括 數個不同亞層，包括（例如）成核層、緩衝層、接觸層及未摻 雜層。活性區域12形成於n_型式層丨丨上。活性區域12可為 由障壁層13分離的單量子阱或多量子阱14。p_型式層15形 成於活性區域12上。同樣，n_型式層型式層15可包括 多個亞層。將部分半導體層姓刻掉，以展動型式層Μ 個亞層上的大出#分。然後使^接觸層ΐ7沈積於型式層 11上及使Ρ_接觸層16沈積於恩 、 價π P生式層丨5上。然後將裝置翻轉 ’並使互連1 8結合到接觸芦】6知]7 層16和17。互連可為（例如）焊料並 用於將接觸層1 6和1 7連接到亞固宏生 j ώ固疋件（未顯示）。儘管圖3中 裝置用與基材相鄭的η_型式；ρ、+_ . 式層拖述，但可顛倒層次序，使ρ- 型式層與基材相鄰。 根據本發明一具體實施 他认 , 1 ，舌陵區域12中至少一層為半 雜的ρ-型式。該至少—個
^ ^ 式屬了為$子阱層或多量子R 活性區域中的障壁層。在—此且 户辟恳_ 土 " 二八體貫施例中’量子阱層辛 障J層二者經P-摻雜。所紙 H ^ ^ ^ ，。颏I的所有層不必具有相同名 雜/辰度、組合物或厚度。1 如’如果活性區域1 2中至少-P-型式層為量子味層，則 [域!2中至/ 的其他量子阱層可具有木 87102 同或不同摻雜濃度、組合物及厚度作為？_型式量子阱層。 活性區域中的P-型式層（量子阱層或障壁層）可具有約 1015釐米·3和約10"釐米_3間之電洞濃度，通常具有約i〇u釐 米-3和約10U釐米間之電洞濃度。摻雜劑可為任何類型= 型式摻雜劑，如Mg、Zn、Be、Cd或任何其他具有小於約3〇〇 毫電子伏特結合能之淺受體。Mg經常在出族氮化物裝置中 用作P-型式摻雜劑。如果Mg為摻雜劑，為取得上述電洞濃 度，活性區域中的P-型式層可具有約10〗7釐米·3和約⑺^釐 米·3間之Mg濃度，通常具有約丨〇u釐米-3和約丨〇2G釐米3間之 Mg濃度。如上所述，障壁和量子阱不必具有相同電洞濃度 。同樣，不同量子阱之間或不同障壁層之間的電洞濃度亦 可變化。 在本發明一些具體實施例中，活性區域12的所有層為p 型式。在其他具體實施例中，p_n結可位於活性區域12内， 思味可在活性區域於p-n結之n_側有卜型式層。 活性區域中的量子阱層可為GaN4InGaN。量子阱層中的 In組合物可在和約30%之間，通常在約5%和約2〇%之 間。活性區域中的障壁層可為GaN、InGaN、AiGaN或 AlInGaN，但其限制條件為它們具有大於量子阱層之帶寬。 量子阱層一般具有約10A和約50A間之厚度。障壁層一般具 有約1 〇A和約300A間之厚度。 在一些具體實施例中，可在活性區域一側或雙側形成鍍 層。鍍層可為（例如）具有比量子阱層更寬帶寬的A1GaN、 GaN或AlInGaN。可將此等鍍層認作為n_型式層丨丨和p型式 87102

Claims (1)

1321363 …
第092120864號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年9 拾、申請專利範圍： 1. 一種III族氮化物發光裝置，其包括： -一 η·型式層； -一第一 ρ-型式層；及 -一能夠發光之活性區域，該活性區域係佈置於η-型式層 和Ρ-型式層之間，且活性區域包括至少一第二ρ-型式層 ，該第二ρ-型式層具有小於約5χ108釐米·2之平均差排密 度。 2.根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第二ρ_型式 層包括 AlxIiiyGazN，其中 〇<χ< 1 ’ 0<y< 1 ’ 0<z< 1，x+y+z=l。 3 _根據申請專利範圍第丨項之發光裝置，其中： -該活性區域包括複數個由至少一障壁層分離的量子陕 ;且 -該第二P-型式層包括至少一個量子阱。 4.根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中： -該活性區域包括複數個由至少一障壁層分離的量子拼 :且 -該第二P-型式層包括至少一個障壁層。 5. 根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第二p_型式 層中的平均差排密度係小於約108釐米·2。 6. 根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該第二p_型式 層中的平均差排密度係小於約107釐米·2。 7. 根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其t該第二ρ-型式 層具有約1015釐米和約10〖9釐米-3間之電洞濃度。 87102-980928.doc 8.根據申請專利範圍第丨項之發光裝置，其中該第二p型 層具有約1016釐米_3和約10〗8釐米_3間之電洞濃度。 》 9·根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中該 禾一 Ρ·型式 係用鎂摻雜到約1〇17釐米-3和約102〗釐米_3間之濃户。 10.根據申請專利範圍第丨項之發光裝置，其中該 矛一 Ρ-型式 係用鎂摻雜到約1018釐米-3和約1〇2〇釐米_3間之濃度。 11·根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中： -該活性區域包括複數個由至少一障壁層分離的量子阱； -該複數個量子阱層為AlxInyGazN，其中〇sys〇 3 ;且 -s亥複數個量子阱層具有約丨〇a和約5〇a間之厚度。 12.根據申請專利範圍第丨丨項之發光裝置，其中： -該障壁層具有少於量子阱層中InM合物之化組合物；且 -該障壁層具有約10A和約300A間之厚度。 1 3 ·根據申請專利範圍第1項之發光裝置，其中： -該活性區域包括複數個由至少一障壁層分離的量子阱；及 -各量子阱層和至少一個障壁層為p_型式。 14·根據申請專利範圍第丨項之發光裝置，其進一步包括含 GaN之生長基材。 15. 根據申請專利範圍第丨項之發光裝置，其進一步包括： -一連接到η-型式層之第一接觸層； -一連接到p-型式層之第二接觸層。 16. 根據申請專利範圍第15項之發光裝置，其進一步包括： -一電連接到第一接觸層之第一引線； -一電連接到第二接觸層之第二引線；及 87l02-980928.doc 1321363 17. 18. 19. 20. 21. 22. -一覆蓋活性區域之透鏡。 根據申請專利範圍第15項之發光裝置，其中該第一接觸 層和第.二接觸層係形成於該裝置之同側上。 根據申請專利範圍第15項之發光裝置，其中該第一接觸 層和第二接觸層係形成於該裝置之相對側上。 一種製造III族氮化物發光裝置之方法，該方法包括 -提供一成長基材； •在基材上形成一 η-型式層； -在η-型式層上形成一能夠發光之活性區域，該活性區域 包括一第一Ρ-型式層且具有小於約5χ1〇8釐米2之缺陷 密度；及 _在活性區域上形成一 Ρ·型式層。 根據申請專利範圍第19項之方法其中該提供生長基材 包括提供-種具有小於約1(^米.2缺陷密度之GaN基材。 根據申請專利範圍第19項之方法其進一步包括： -由氫化物氣相磊晶在生長基材和n_型式層之間形成一 ㈣層’該GaN層具有小於約1〇7釐米.2之缺陷密度及約 5微米和約5〇〇微米間之厚度。 根據申請專利範圍第19項之方法，其進一步包括： -由磊晶側向過生長在生長基材和η型式層之間形成一 GaN層，該GaN層具有小於約1〇7爱米·2之缺陷密度。 87102-980928.doc 1321363 %年”月砑日修(更)正本 第092120864號專利申請案 中文圖式替換本(98年9月） 拾壹、圖式：
Η
87102-fig-980928.doc 1321363
oavErI*^l.^T S安 导LncoCDCOLnCVJCJCNJ2° [%]*& ‘吉浪士薔也 87102-fig-980928.doc -2- 1321363
87102-fig-980928.doc 1321363
87102-fig-980928.doc
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