TWI392106B - 具縮減極化場之三族氮化物發光裝置 - Google Patents

Description

具縮減極化場之三族氮化物發光裝置

本發明係關於三族氮化物發光裝置。

包含發光二極體(LED)、諧振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射二極體(VCSEL)及邊射型雷射(edge emitting laser)之半導體發光裝置屬於當前可用之最有效之光源。當前在製造能夠穿越可見光譜運作之高亮度發光裝置中所關心之材料系統包含III－V族半導體，尤其係鎵、鋁、銦及氮之二元、三元及四元合金，其亦稱為三族氮化物材料。通常，藉由在藍寶石、碳化矽、三族氮化物或其他合適基板上藉由有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術而磊晶地生長不同組份及摻雜物濃度之半導體層的堆疊來製造三族氮化物發光裝置。此堆疊通常包含：形成於基板上之摻雜有（例如）Si之一或多個n型層；一形成於該或該等n型層上之發光或活性區域；及形成於該活性區域上之摻雜有（例如）Mg之一或多個p型層。形成於導電基板上之三族氮化物裝置可能具有形成於該裝置相對側上之p接點與n接點。通常，於諸如藍寶石之絕緣基板上製造三族氮化物裝置，其中兩個接點在該裝置之同一側上。如此安裝該等裝置以經由接點提取光（稱為磊晶生長裝置(epitaxy－up device)）或經由該裝置相對該等接點之表面提取光（稱為覆晶裝置）。

通常，三族氮化物裝置中之晶體層作為應變纖鋅礦晶體而生長於諸如藍寶石之晶格失配基板上。該等晶體展現兩類極化：起因於不同組份層間之合金組份之差異的自發極化、及因裝置層中之應力而引起的壓電極化。層中之總極化係自發極化與壓電極化之和。

圖1A係示意性地說明美國專利6,515,313中所述之典型習知應變纖鋅礦氮化物雙異質結構半導體的剖視圖。根據美國專利6,515,313，所說明之基板層1可為任何適於生長氮化物半導體之材料，包含尖晶石(MgAl₂ O₄ )、藍寶石(Al₂ O₃ )、SiC（包含6H、4H及3C）、ZnS、ZnO、GaAs、AlN及GaN。基板厚度通常在100μm至1 mm範圍內。基板1上之緩衝層2可由AlN、GaN、AlGaN、InGaN或其類似物形成。該緩衝層促進了基板層1與上覆導電接觸層3之間的可能之晶格失配。然而，若基板具有約等於氮化物半導體之晶格常數之晶格常數，則可省去緩衝層2。使用某些氮化物生長技術亦可省去緩衝層2。視材料組份而定，緩衝層之能量帶隙可在2.1 eV至6.2 eV範圍內，其厚度可為約0.5μm至10μm。

通常，n型接觸層3亦形成自氮化物半導體，較佳為GaN或InGaN，其厚度在0.5μm至5.0μm範圍內，且能量帶隙對GaN而言為約3.4 eV且對InGaN而言為較少（視銦濃度而定）。導電層3上之下部n型或未摻雜鍍層4通常包括GaN或AlGaN，其中能量帶隙對GaN而言為約3.4 eV且對AlGaN而言為較多（視Al濃度而定）。其厚度可在1 nm至100 nm範圍內。

氮化物雙異質結構通常使用InGaN作為下部鍍層上之活性區域5，其中厚度為1 nm至100 nm。此層之能量帶隙對藍光發射而言通常為2.8 eV，但其可根據銦濃度而變化。活性區域上之頂部p型或未摻雜鍍層6通常由AlGaN或GaN構成，其厚度及帶隙能量類似於下部n型鍍層4之厚度及帶隙能量。鍍層6上之p型GaN導電接觸層7具有約3.4 eV之能量帶隙及約10 nm至500 nm之厚度。因不同組成材料而在層間之界面處發生極化誘發之片電荷(sheet charge)。對發光器運作而言，尤其具有意義的係鄰接於活性區域5之極化誘發之片電荷。

藉由圖1A所示之化合物半導體，通常在活性區域5與下部鍍層4之間的界面處形成量值為諸如10^{1 3} 電子/平方公分之負的極化誘發之片電荷密度σ1。在活性區域5與上部鍍層6之間的界面處形成類似量值之正的片電荷密度σ2。此等電荷之極性依賴於晶體層之鍵結。大體而言，片電荷密度將依賴於起因於兩層間之組份差異之自發因素與起因於該等層間之晶格失配之壓電應力。舉例而言，In_{0 . 2} Ga_{0 . 8} N活性區域5與GaN鍍層4之間之σ1為約8.3×10^{1 2} 電子/平方公分。此係歸因於In_{0 . 2} Ga_{0 . 8} N活性區域中20%之銦含量（自發極化）、及該層中起因於與下伏GaN層晶格失配之應力（壓電極化）。

圖1B說明對應於圖1A之裝置結構的能量帶。當該裝置在運作中時，由σ1及σ2所產生之自然發生的極化場以許多方式降低效率。第一，偶極導致區域內電子及電洞之空間分離(在相反方向中之移動)。如所說明，價電帶E_v 中之電洞被吸引至活性區域5之一端處之負片電荷σ1，而導電帶E_c 中之電子被吸引至其另一端處之正片電荷σ2。自由載子之此空間分離降低放射性重組(radiative recombination)之機率，降低了發射效率。第二，藉由與電場相關聯之量子化效應(quantization effect)而降低了導電帶與價電帶量子井之能障。因此，E_v 以下及E_c 以上之載子經由虛線A所指示之路徑而逃脫該井。第三，極化誘發之場之存在亦導致載子自活性區域之σ1側上較高E_c 層級突增(overshoot)至σ2側上較低E_v 層級且自活性區域之σ2側上較低E_v 層級突增至σ1側上較高E_c 層級，由載子軌跡B所說明。

根據本發明之實施例，半導體發光裝置包含一夾於兩個分隔層之間的發光層。該等分隔層之至少一分隔層中的淨極化與發光層中的淨極化間之差少於具有諸如GaN分隔層之習知分隔層的裝置中之淨極化。該等分隔層之至少一分隔層中的淨極化與發光層中的淨極化間之差少於約0.02 C/m² 。在某些實施例中，該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之四元合金。

使分隔層與發光層中之淨極化匹配可將極化誘發之片電荷自分隔層與發光層之間的界面移出至p型區域及n型區域與分隔層之間的界面。一旦將片電荷與發光層分開，在某些實施例中，則對p型區域及n型區域與分隔層之間的界面摻雜，其可降低穿越發光層之極化場。因此，使分隔層與發光層中之淨極化匹配且藉由摻雜而抵消片電荷可避免上文所述之極化所導致之低效率。

圖2說明根據本發明之若干實施例之裝置。在通常為藍寶石、SiC或GaN之合適基板20上形成n型區域21。活性區域23夾於兩個分隔層間：n型分隔層22與p型分隔層24之間。活性區域23可為單一發光層或可包含由障壁層所分隔之一或多個量子井層。在p型分隔層24上形成p型區域25。p接點26向活性區域之p側提供電接觸，且n接點27向活性區域之n側提供電接觸。下文在圖7－10中描述p接點與n接點之兩可能配置。

在本發明之某些實施例中，在多量子井活性區域中分隔量子井之p型分隔層24、n型分隔層22及障壁層中之一或多個可為鋁、銦、鎵及氮之四元合金。選擇障壁層及/或分隔層22與24中鋁、銦及鎵之組份，以與活性區域23之發光層內的淨極化匹配，或使活性區域之發光層與分隔層及/或障壁層之間的淨極化差最小化。每一層中之淨極化係自發極化與壓電極化之和。障壁層及/或分隔層中所需之四元組份係基於活性區域之組份，其與活性區域之結構一起確定活性區域所發射之光的色彩。可藉由此項技術中已知的諸如氣壓生長或脈衝有機金屬化學氣相沉積（亦稱為脈衝原子層磊晶）之技術而生長四元層。對於脈衝有機金屬化學氣相沉積之描述，參見（例如）J. Zhang等人之"Pulsed Atomic Layer Epitaxy of Quaternary AlInGaN Layers"(79 Appl. Phys. Lett. 925(2001))及C. Chen等人之"Pulsed Metalorganic Chemical Vapor Deposition of Quaternary AlInGaN Layers and Multiple Quantum Wells for Ultraviolet Light Emission"(41 Jpn. J. Appl. Phys. 1924(2002))，其均以引用之方式倂入本文中。

下文所述之實施例描述四元分隔層之特徵。可應用相同特徵以形成多量子井活性區域內之合適四元障壁層。

在第一實施例中，選擇分隔層之組份，使得活性區域之發光層與至少一分隔層之間的淨極化差為零。使用具有與活性區域之發光層之淨極化相同之淨極化的分隔層有效地抵消了分隔層與活性區域之間之界面處之片電荷（圖1B所示）。圖3說明一具有輕微摻雜或未故意摻雜之活性區域及分隔層之裝置之能量帶圖的一部分，其中四元分隔層具有與活性區域之淨極化相同的淨極化(P₁ ＝P₂ )。圖3說明任一側上活性區域與分隔層之間之界面處片電荷之抵消(e₁ ＝e₂ )。圖3亦說明未完全消除片電荷及能量帶圖中之所得曲線，但將其自活性區域與分隔層之間之界面位移至分隔層與p型區域及n型區域之間之界面。

在第二實施例中，選擇分隔層之組份，使得障壁高度足以提供充足之障壁，但活性區域之發光層與分隔層之間之淨極化差少於具有諸如GaN分隔層之習知分隔層的裝置中之淨極化。障壁高度定義為分隔層中能量帶隙與活性區域之發光層中能量帶隙之間之差。通常，四元三族氮化物層中鋁與鎵之組份愈高，生長高晶體品質層就愈困難。如下文所說明，在多數裝置中，根據第一實施例之分隔層具有高組份之鋁及銦。雖然第二實施例之裝置不完全抵消分隔層與活性區域之間之界面處之片電荷，但是此等裝置較具有習知障壁之裝置而言具有潛在較小之片電荷，且較第一實施例之裝置而言具有潛在較佳之晶體品質之分隔層。兩效應均可增加根據第二實施例之裝置的效率。

圖4說明在給定活性區域組份時如何確定用於第一及第二實施例之分隔層之合適組份。圖4係Al_x In_y Ga_z N薄膜對氮化鋁組份及氮化銦組份之極化與能量帶隙的輪廓曲線圖。假定在GaN上連貫地生長Al_x In_y Ga_z N薄膜。實輪廓線以C/m² 代表淨極化。虛輪廓線以eV代表能量帶隙。圖4說明10%銦之InGaN活性層之實例In_{0 . 1} Ga_{0 . 9} N（標記為"活性"），其在順向偏壓時可發射藍光。In_{0 . 1} Ga_{0 . 9} N具有約3.1 eV之能量帶隙及約0.01 C/m² 之淨極化。在圖4所給出之實例中，任意地將最小障壁高度選定為0.2 eV。在其他實施例中，最小障壁高度可較大或較小，例如為0.3 eV或0.1 eV。

藉由在增加銦組份且增加鋁組份直至達到具有至少3.3之能量帶隙的組份（約為Al_{0 . 2 0} In_{0 . 2 2} Ga_{0 . 5 8} N）之方向中跟隨0.01 C/m² 輪廓線，可確定用於根據第一實施例之分隔層的組份範圍，其中該等分隔層具有與活性區域之淨極化相同的淨極化。此點處或此點以上沿0.01 C/m² 輪廓線（圖4上標記為"第一"之實線）之任何分隔層組份將提供至少0.2 eV之障壁高度且具有與活性區域之淨極化相同的淨極化。

將用於第二實施例之分隔層的組份範圍說明為圖4中之陰影區域"A"，其中該等分隔層具有最小障壁高度及少於習知分隔層之淨極化的淨極化。在代表0.2 eV之最小障壁高度的輪廓線後，約In_{0 . 0 3} Ga_{0 . 9 7} N與約Al_{0 . 2 0} In－_{0 . 2 2} Ga_{0 . 5 8} N之間之一曲線作為此區域在底部右手側上之邊界。約Al_{0 . 2 0} In_{0 . 2 2} Ga_{0 . 5 8} N與約Al_{0 . 4 5} In_{0 . 3 4} Ga_{0 . 2 1} N之間之一曲線（其代表第一實施例組份範圍）作為區域A在頂部右手側上之邊界。在代表GaN分隔層之淨極化之輪廓線（在圖4上標記為"GaN"）後，約GaN與約Al_{0 . 4 5} In_{0 . 2 6} Ga_{0 . 2 9} N之間之一曲線作為區域A在左手側上之邊界。此陰影區域內任何分隔層組份將具有至少0.2 eV之障壁及少於GaN分隔層之淨極化的淨極化。區域A內之實線代表具有與GaN分隔層之障壁高度相同的障壁高度、但少於GaN分隔層之淨極化的淨極化的分隔層組份。

圖5說明20%銦之InGaN活性層之實例In_{0 . 2} Ga_{0 . 8} N，其在順向偏壓時可發射綠光。In_{0 . 2} Ga_{0 . 8} N活性區域（標記為"活性")具有約0.021 C/m² 之淨極化及約2.9 eV之能量帶隙。在圖5所給出之實例中，再次任意地將最小障壁高度選定為0.2 eV。

藉由跟隨0.021 C/m² 輪廓線至能量帶隙差為至少0.2 eV之組份（約為Al_{0 . 1 7} In_{0 . 2 8} Ga_{0 . 5 5} N之組份，其具有3.1 eV之能量帶隙），可確定用於根據第一實施例之分隔層的組份範圍，其中該等分隔層具有與活性區域之淨極化相同的淨極化。此點處或此點以上沿0.021 C/m² 輪廓線（圖5中標記為"第一"之實線）之任何組份將提供足夠高之障壁分隔層且具有與活性區域之淨極化相同的淨極化。

將用於根據第二實施例之分隔層的組份範圍說明為圖5之陰影區域"B"，其中該等分隔層具有最小障壁高度及少於習知GaN分隔層之淨極化的淨極化。在代表0.2 eV之最小障壁高度的輪廓線後，約In_{0 . 1 2} Ga_{0 . 8 8} N與約Al_{0 . 1 7} In_{0 . 2 8} Ga_{0 . 5 5} N之間之一曲線作為此區域在底部右手側上之邊界。約Al_{0 . 1 7} In_{0 . 2 8} Ga_{0 . 5 5} N與約Al_{0 . 4 5} In_{0 . 4 0} Ga_{0 . 1 5} N之間之一曲線（其代表第一實施例組份範圍）作為區域B在頂部右手側上之邊界。在代表GaN分隔層之淨極化之輪廓線（標記為"GaN"）後，約GaN與約Al_{0 . 4 5} In_{0 . 2 6} Ga_{0 . 2 9} N之間之一曲線作為區域B在左手側上之邊界。此陰影區域內任何分隔層組份將具有至少0.2 eV之障壁及少於GaN分隔層之淨極化的淨極化。區域B內之實線代表具有與GaN分隔層之障壁高度相同的障壁高度、但少於GaN分隔層之淨極化的淨極化的分隔層組份。

雖然圖4及圖5終止於45%之氮化鋁及氮化銦組份，但是具有較高氮化鋁及氮化銦組份之層可為適當的。圖4及5中所示之數據並不意欲限制本發明。使用此項技術中所熟知之技術且使用下列材料參數計算了圖4及5中之數據。若將不同值用於下列材料參數，則圖4及5中所示之數據可改變。

如下計算了圖4及5中之數據。給定AlN、GaN及InN之a－晶格常數a_k 及彈性常數c_{i j , k} ，可根據下列等式計算一生長於GaN上之四元層的a－晶格常數a_{A l I n G a N} 及應力ε_{z z} ：a _AlInGaN ＝x ．a _AlN ＋y ．a _InN ＋z ．a _GaN

c _ij ＝x ．c _ijAlN ＋y ．c _ijInN ＋z ．c _ijGaN 給定AlN、GaN及InN之能量帶隙E_i 與每一三元合金之彎曲參數b_{i j} ，可根據下列等式計算獨立式(free standing)四元層之能量帶隙：

T _ij (x )＝x ．E _j ＋(1－x )．E _i ＋b _ij ．x (1－x )u ＝(1－x ＋y )/2v ＝(1－y ＋z )/2w ＝(1－x ＋z )/2 生長於GaN上之應變四元層的能量帶隙（如圖4與5中虛輪廓線所示）與該層之應力ε_{Z Z} （上文已計算）及獨立式材料之能量帶隙有關，其係根據以下等式：E _ε ＝15.4.ε _zz E _g ＝E _AlInGaN ＋E _ε 給定AlN、GaN及InN之自發極化P_{s p , k} 及壓電常數e_{i j , k} ，可根據下列等式計算生長於GaN上之四元層的自發極化p_{s p} 與壓電極化P_{p z} ：P _sp ＝x ．P _spAlN ＋y ．P _spInN ＋z ．P _spGaN P _pz ＝2．e _{3 1} ．ε _xx ＋e _{3 3} ．ε _zz e _ij ＝x ．e _ijAlN ＋y ．e _ijInN ＋z ．e _ijGaN 接著由下式給出生長於GaN上之四元層的淨極化：P ＝(P _sp －P _spGaN )＋P _pz 如圖3所示，使分隔層與活性區域之淨極化匹配抵消了分隔層與活性區域之間之界面處之片電荷。將此等片電荷位移至p型區域及n型區域與分隔層之間之界面，其中形成該界面之層間之組份差異在該界面任一側上導致不同淨極化。將片電荷自活性區域移開並不完全消除其對活性區域之影響。圖3所示之活性區域中能量帶之"傾斜"係由分隔層與p型區域及n型區域之間之界面處之片電荷所導致。

為消除片電荷，美國專利6,515,313教示了"將各種摻雜物併入半導體中。摻雜物雜質應係不自其預期位置擴散開之類型。該等摻雜物基於其能量等級而電離為正或負電荷狀態，其與界面極化誘發之電荷狀態相反，以抵消或減少其效應。"美國專利6,515,313將摻雜物併入於分隔層與活性區域之間之界面處。如此靠近活性區域併入摻雜物（尤其為Mg）可使活性區域之晶體品質降級。

在本發明之某些實施例中，藉由使分隔層足夠厚以將活性區域自p型區域及n型區域與分隔層之間之界面處之片電荷"遮擋"，接著以一中和片電荷之摻雜物而摻雜具有片電荷之界面，可消除片電荷。在不具有厚分隔層之實施例中，分隔層通常具有約50埃與約200埃之間之厚度。在具有厚分隔層之實施例中，分隔層可具有約500埃與分隔層臨界厚度（定義為可生長而不破裂或鬆弛之最大分隔層厚度）之間之厚度。厚分隔層通常具有約200埃與約1000埃之間之厚度。大體而言，將厚分隔層之厚度選擇為足夠厚以使活性區域自摻雜物遮蔽以抵消片電荷，且選擇為足夠薄以允許生長高晶體品質分隔層。

負片電荷聚集於n型或未摻雜分隔層22與n型區域21之間之界面處。可藉由將高度n型摻雜之材料區域盡可能靠近界面併入而抵消此片電荷。高度摻雜之區域可在鄰接於該界面之n型區域21或分隔層22之部分中。舉例而言，可將10埃厚且具有約1×10^{1 8} cm^{－ 3} 與1×10^{2 0} cm^{－ 3} 間之Si濃度之區域併入n型區域21或分隔層22中，直接鄰接於此等兩層間之界面。更佳地，高度摻雜之區域具有約5×10^{1 9} cm^{－ 3} 與1×10^{2 0} cm^{－ 3} 之間之Si濃度。類似地，正片電荷聚集於p型分隔層24與p型區域25之間之界面處。可藉由將高度p型摻雜之材料區域併入鄰接於該界面之p型區域25或分隔層24之部分中而抵消此片電荷。舉例而言，可將10埃厚且具有約1×10^{1 8} cm^{－ 3} 與1×10^{2 0} cm^{－ 3} 間之Mg濃度之區域併入p型區域25或分隔層24中，直接鄰接於此等兩層間之界面。更佳地，高度摻雜之區域具有約5×10^{1 9} cm^{－ 3} 與1×10^{2 0} cm^{－ 3} 之間之Mg濃度。

分隔層與p型區域及n型區域之間之界面處所需之摻雜量可依賴於片電荷之量值，其依賴於裝置中層之組份。通常，選擇厚度及摻雜物濃度，使得高度摻雜區中摻雜物濃度乘以高度摻雜區之厚度約等於界面處之片電荷。因此，高度摻雜區中摻雜物濃度愈高，此區抵消片電荷所需之厚度就愈薄。在某些實施例中，可藉由將較低濃度之摻雜物併入n型區域及p型區域或分隔層中超過較大厚度而抵消片電荷。此外，隨著活性區域中銦組份增加，片電荷之量值增加。在上文所給出之實例中，具有20%銦量子井之裝置中的片電荷可能係具有10%銦量子井之裝置中的片電荷量值的兩倍。

圖6係分隔層與活性區域具有相同淨極化且以厚分隔層及在片電荷界面處摻雜而消除片電荷之裝置之能量帶圖。如圖6所示，層間之界面處能量帶之彎曲與活性區域中能量帶之傾斜均被消除。

圖7係小接面裝置（意即，一少於一平方毫米之區域）之平面圖。圖8係圖7中所示之裝置沿軸線CC所取之橫截面。圖7及8說明可以圖2所示且上文所述之任何磊晶結構30使用之接點的配置。圖7及8中所示之裝置具有單一經蝕刻下至磊晶結構30之活性區域以下之n型層的通路31。n接點27沉積於通路31中。n通路31位於該裝置中央以提供電流及光發射之均一性。p接點26向磊晶結構30之活性區域之p側提供電接觸。一或多個介電層32將n接點27與p接點26分隔。p子基板(submount)連接34（例如，一用於連接至焊料之可濕金屬）連接至p接點26，且n子基板連接33連接至n接點27。

如圖7所示，該裝置藉由三個子基板連接而連接至一子基板：兩個p子基板連接34及一n子基板連接33。n子基板連接33可位於n接觸區域27（由絕緣層32所包圍）內任何位置，且無需直接位於通路31上。類似地，p子基板連接34可位於p接點26上任何位置。結果，該裝置至子基板之連接不受p接點26及n接點27之形狀或置放的限制。

圖9係大接面裝置（意即，大於或等於1平方毫米之區域）之平面圖。圖10係圖9所示之裝置沿軸線DD所取之橫截面。圖9及10亦說明可以圖2所示且上文所述之任何磊晶結構30使用之接點的配置。將磊晶結構30之活性區域分隔為由三個於其中形成n接點27之溝槽所分隔之四個區域。每一區域藉由形成於p接點26上之四個p子基板連接34而連接至一子基板。n接點27包圍四個活性區域。n接點27藉由六個n子基板連接33而連接至一子基板。可藉由絕緣層32將n接點及p接點電隔離。

圖11係已封裝發光裝置之分解圖。散熱塊(heat-sinking slug)100置放於嵌入成型(insert-molded)引線框中。該嵌入成型引線框係(舉例而言)一在提供電路徑之金屬框架106周圍成型之填充塑膠材料105。塊100可包含一可選反射杯102。將可為上文所述之任何裝置之發光裝置晶粒104直接或間接地經由熱傳導子基板103而安裝至塊100。可添加光學透鏡108。

根據本發明之實施例減少極化場對活性區域之影響可具有若干優勢。第一，載子復合率可增加，增加了裝置之量子效率。第二，載子復合壽命可降低，降低了給定電流密度處之載子密度，且導致了增加之驅動電流處改良之量子效率。第三，電子與電洞注入效率可能增加，導致了載子對活性區域之更均一之填充。此等效應之每一者均可改良該裝置之效率。

經詳細描述了本發明後，熟習此項技術者將瞭解，根據本揭示，可在不脫離本文所述之發明性概念之精神的情況下對本發明作出修改。因此，本文並不意欲將本發明之範疇限制於所說明及描述之特定實施例。

1．．．基板層

2．．．緩衝層

3．．．n型接觸層

4．．．鍍層

5．．．活性區域

6．．．鍍層

7．．．p型GaN導電接觸層

20．．．基板

21．．．n型區域

22．．．n型分隔層

23．．．活性區域

24．．．p型分隔層

25．．．p型區域

26．．．p接點

27．．．n接點

30．．．磊晶結構

31．．．通路

32．．．絕緣層/介電層

33．．．n子基板連接

34．．．p子基板連接

100．．．散熱塊

102．．．反射杯

103．．．熱傳導子基板

104．．．發光裝置晶粒

105．．．填充塑膠材料

106．．．金屬框架

108．．．光學透鏡

圖1A及1B係美國專利6,515,313中所述之先前技術發光裝置之一部分之橫截面圖及能量帶圖。

圖2係根據本發明之實施例之裝置之橫截面圖。

圖3係分隔層與活性區域具有相同淨極化之裝置之能量帶圖。

圖4及5係用於四元三族氮化物層之鋁組份對銦組份之曲線圖，包含展示帶隙能量及淨極化之輪廓線。

圖6係分隔層與活性區域具有相同淨極化且以厚分隔層及在片電荷界面處摻雜而消除片電荷之裝置之能量帶圖。

圖7及8係小接面發光裝置之平面圖及橫截面圖。

圖9及10係大接面發光裝置之平面圖及橫截面圖。

圖11係已封裝發光裝置之分解圖。

20．．．基板

21．．．n型區域

22．．．n型分隔層

23．．．活性區域

24．．．p型分隔層

25．．．p型區域

26．．．p接點

27．．．n接點

30．．．磊晶結構

Claims (41)

1. 一種半導體發光裝置，其包括：第一與第二分隔層；及一夾於該第一與該第二分隔層間之發光層；其中該等分隔層之至少一分隔層中的一淨極化與該發光層中的一淨極化之間的一差少於GaN中的一淨極化與該發光層中的該淨極化之間的一差，且該等分隔層之至少一分隔層中的該淨極化與該發光層中的該淨極化之間的一差少於0.02 C/m² 。
2. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層包括Al_x In_y Ga_z N，其中0<x1，0<y1且0<z1。
3. 如請求項1之裝置，其中該發光層包括至少一InGaN層。
4. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層中的該淨極化與該發光層中的該淨極化之間的該差少於0.01 C/m² 。
5. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層中的該淨極化與該發光層中的該淨極化之間的該差少於0.005 C/m² 。
6. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層中的該淨極化與該發光層中的該淨極化之間的該差為約0 C/m² 。
7. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層中的一能量帶隙與該發光層中的一能量帶隙之間的一差大於0.1 eV。
8. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層中的一能量帶隙與該發光層中的一能量帶隙之間的一差大於0.2 eV。
9. 如請求項1之裝置，其中該發光層包括具有In_{0 . 0 5} Ga_{0 . 9 5} N與In_{0 . 1 5} Ga_{0 . 8 5} N之間之一組份的至少一InGaN層。
10. 如請求項9之裝置，其中：該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之一四元合金；且該四元合金分隔層中之一鋁組份大於或等於20%。
11. 如請求項10之裝置，其中該四元合金分隔層中之該銦組份大於或等於22%。
12. 如請求項9之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之一四元合金。
13. 如請求項9之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之一四元合金；且該四元合金分隔層中之一鋁組份大於零且小於或等於20%；且該四元合金分隔層中之一銦組份大於零且小於或等於22%。
14. 如請求項1之裝置，其中該發光層包括具有In_{0 . 1 5} Ga_{0 . 8 5} N與In_{0 . 5} Ga_{0 . 5} N之間之一組份的至少一InGaN層。
15. 如請求項14之裝置，其中：該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之一四元合金；且該四元合金分隔層中之一鋁組份大於或等於17%。
16. 如請求項15之裝置，其中該四元合金分隔層中之該銦組份大於或等於28%。
17. 如請求項14之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之一四元合金。
18. 如請求項14之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層係鋁、銦、鎵及氮之一四元合金；且該四元合金分隔層中之一鋁組份大於零且小於或等於17%；且該四元合金分隔層中之一銦組份大於零且小於或等於28%。
19. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層具有約200埃與約1000埃之間之一厚度。
20. 如請求項1之裝置，其中該等分隔層之至少一分隔層具有約200埃與該分隔層之一臨界厚度之間之一厚度。
21. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一鄰接於該第一分隔層之與該發光層相對之一表面的n型區域；及一鄰接於該第二分隔層之與該發光層相對之一表面的p型區域。
22. 如請求項21之裝置，其進一步包括一鄰接於該第一分隔層與該n型區域之間之一界面之高度摻雜之n型材料區域，該高度摻雜之n型材料區域具有約1×10^{1 8} cm^{－ 3} 與約1×10^{2 0} cm^{－ 3} 之間之一摻雜物濃度及約10埃與約100埃之間之一厚度。
23. 如請求項22之裝置，其中該高度摻雜之n型材料區域具有約5×10^{1 9} cm^{－ 3} 與約1×10^{2 0} cm^{－ 3} 之間之一摻雜物濃度。
24. 如請求項22之裝置，其中該高度摻雜之n型材料區域位於該第一分隔層內。
25. 如請求項22之裝置，其中該高度摻雜之n型材料區域位於該n型區域內。
26. 如請求項21之裝置，其進一步包括一鄰接於該第二分隔層與該p型區域之間之一界面之高度摻雜之p型材料區域，該高度摻雜之p型材料區域具有約1×10^{1 8} cm^{－ 3} 與約1×10^{2 0} cm^{－ 3} 之間之一摻雜物濃度及約10埃與約100埃之間之一厚度。
27. 如請求項26之裝置，其中該高度摻雜之p型材料區域具有約5×10^{1 9} cm^{－ 3} 與約1×10^{2 0} cm^{－ 3} 之間之一摻雜物濃度。
28. 如請求項26之裝置，其中該高度摻雜之p型材料區域位於該第二分隔層內。
29. 如請求項26之裝置，其中該高度摻雜之p型材料區域位於該p型區域內。
30. 如請求項1之裝置，其中該發光層係一第一量子井，該裝置進一步包括一第二量子井及一安置於該第一量子井與該第二量子井之間之障壁層。
31. 如請求項30之裝置，其中該障壁層包括Al_x In_y Ga_z N，其中0<x1，0<y1且0<z1。
32. 如請求項30之裝置，其中該障壁層中的一淨極化少於GaN中的一淨極化，且該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的一淨極化之間的一差少於0.02 C/m² 。
33. 如請求項30之裝置，其中該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的該差少於0.01 C/m² 。
34. 如請求項30之裝置，其中該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的該差少於0.005 C/m² 。
35. 如請求項30之裝置，其中該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的該差為約0 C/m² 。
36. 如請求項1之裝置，其中該發光層包括Al_x In_y Ga_z N，其中0<x1，0<y1且0<z1。
37. 一種半導體發光裝置，其包括：第一與第二分隔層；及一夾於該第一與該第二分隔層間之活性區域，該活性區域包括一第一量子井、一第二量子井及一安置於該第一量子井與該第二量子井之間之障壁層；其中該障壁層中的一淨極化與該等量子井之至少一量子井中的一淨極化之間的一差少於GaN中的一淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的一差，且該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的一差少於0.02 C/m² 。
38. 如請求項37之裝置，其中該障壁層包括Al_x In_y Ga_z N，其中0<x1，0<y1且0<z1。
39. 如請求項37之裝置，其中該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的該差少於0.01 C/m² 。
40. 如請求項37之裝置，其中該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的該差少於0.005 C/m² 。
41. 如請求項37之裝置，其中該障壁層中的該淨極化與該等量子井之至少一量子井中的該淨極化之間的該差為約0 C/m² 。