TWI470827B - 半導體發光裝置，晶圓，半導體發光裝置之製造方法，及晶圓之製造方法 - Google Patents

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Description

半導體發光裝置，晶圓，半導體發光裝置之製造方法，及晶圓之製造方法
在此描述之實施例主要關於半導體發光裝置、晶圓、半導體發光裝置之製造方法及晶圓之製造方法。
氮化物半導體用於各種半導體裝置中，如半導體發光裝置及高電子遷移率電晶體(HEMT)裝置。然而，這類氮化物半導體裝置之特徵受到與GaN晶體之晶格失配所導致之高密度貫穿式差排(threading dislocation)的限制。
例如，基於氮化物半導體之半導體發光裝置之一為近紫外線發光二極體(LED)(例如，發射波長為如400nm或更短)。期望以近紫外線LED作為白光及之類的磷激發光源。然而，其有低效率的問題。
已有做出各種提案來增加基於氮化物半導體之近紫外線LED的效率。例如，日本專利第2713094號提出一種用於控制包括在半導體發光裝置中之各種層的情況之組態。然而，在增加近紫外線LED的效率上仍有改善的空間。
 【發明內容及實施方式】
一般而言，根據一實施例，一種半導體發光裝置包括第一層、第二層、及發光部。第一層包括n型GaN及n 型AlGaN的至少一者。第二層包括p型AlGaN。發光部具有單量子井結構。單量子井結構包括第一阻障層、第二阻障層、及井層。第一阻障層設置在第一層與第二層之間並包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。第二阻障層設置在第一阻障層與第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。井層設置在第一阻障層與第二阻障層之間，包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)，並組態成發射近紫外線光。
根據另一實施例，一種晶圓包括第一層、第二層、及發光部。第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者。第二層包括p型AlGaN。發光部具有單量子井結構。單量子井結構包括第一阻障層、第二阻障層、及井層。第一阻障層設置在第一層與第二層之間並包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。第二阻障層設置在第一阻障層與第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。井層設置在第一阻障層與第二阻障層之間，包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)，並組態成發射近紫外線光。
根據又一實施例，揭露一種製造半導體發光裝置之方法。此方法可在一基板上形成一單晶緩衝層，該基板之一主要表面為一藍寶石層之一c平面。該單晶緩衝層包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)。該方法可在該單晶緩衝層上形成一GaN層，並在該GaN層上形成一n型半導體層。該n型半導體層包括一第一層。該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者。該方法可在該n型半導體層上形成一第一阻障層。該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。該方法可在該第一阻障層上形成一井層。該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)，且組態成發射近紫外線光。該方法可在該井層上形成一第二阻障層。該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。該方法可在該第二阻障層上形成一p型半導體層。該p型半導體層包括一第二層。該第二層包括p型AlGaN。此外，該方法可在形成該p型半導體層之後移除該基板。
根據再一實施例，揭露一種製造半導體發光裝置之方法。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在以藍寶石製成的一基板上形成一AlN層、藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該AlN層上形成一GaN層、及藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層。該n型半導體層包括一第一層。該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該n型半導體層上形成一第一阻障層。該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層。該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)，且組態成發射近紫外線光。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻障層。該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。此外，該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層。該p型半導體層包括一第二層。該第二層包括p型AlGaN。
根據再另一實施例，揭露一種製造晶圓之方法。該方法可可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在以藍寶石製成的一基板上形成一AlN層、藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該AlN層上形成一GaN層、及藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層。該n型半導體層包括一第一層。該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該n型半導體層上形成一第一阻障層。該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層。該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)，且組態成發射近紫外線光。該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻障層。該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。此外，該方法可藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層。該p型半導體層包括一第二層。該第二層包括p型AlGaN。
茲參照附圖說明本發明之實施例。
圖示僅為示意性或概念性。例如每一部分之厚度與寬度間的關係、部分之間的大小比例係數並非絕對與實際的相同。另外，取決於圖示，可能以不同尺寸或比例顯示相同部分。
在申請書之說明書及圖示中，與參照較早的圖先述的那些相同之組件以類似參考符號標示，且適當時省略其之詳細說明。
第1圖為描繪根據本發明之第一實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖。
如第1圖中所示，根據此實施例之半導體發光裝置10包括包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者之第一層131、包括p型AlGaN之第二層151、及設置在第一層131與第二層151之間的發光部140。
沿著Z軸方向堆疊第一層131、發光部140、及第二層151。第一層131包括例如Si。第二層151包括例如Mg。
發光部140具有以一第一阻障層141、一第二阻障層142、及一井層143製成之單一量子井(SQW)結構。第一阻障層141設置在第一層131及第二層151之間。第二阻障層142設置在第一阻障層141及第二層151之間。井層143設置在第一阻障層141及第二阻障層142之間。
沿著Z軸方向堆疊第一阻障層141、井層143、及第二阻障層142。
第一阻障層141包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。
第二阻障層142包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。在此，x2可等於x1或與x1不同。並且，y2可等於y1或與y1不同。尤其，x2<x1為較佳。
井層143包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)。亦即，井層143包括Ga1-y0 Iny0 N(0<y0≦1，y1<y0，y2<y0)。
井層143具有(沿著Z軸方向的長度)不小於4.5奈米(nm)且不大於9 nm之厚度。
井層143發射近紫外線光。井層143之發射光的峰值波長例如為不短於380 nm且不長於400 nm。亦即，發光部140之發射光的峰值波長例如為不短於380 nm且不長於400 nm。亦即，根據此實施例之半導體發光裝置10發射近紫外線光。
藉由上述組態，根據此實施例之半導體發光裝置10可以高效率發射近紫外線光。
在此實例中，將第一層131描述成包括Si的n型侷限層。將第二層151描述成以包括Mg的p型AlGaN製成之p型侷限層。
例如，在第1圖中所示之半導體發光裝置10中，在具有以例如藍寶石c平面製成之表面的基板110上設置以AlN製成的第一緩衝層121，並在其上設置以無摻雜的GaN製成的第二緩衝層122(晶格緩和層)。詳言之，第一緩衝層121包括形成在基板110上之高碳濃度第一AlN緩衝層121a及形成在第一AlN緩衝層121a上之高純度第二AlN緩衝層121b。第一AlN緩衝層121a中的碳濃度高於第二AlN緩衝層121b中之碳濃度。
在第二緩衝層122上，堆疊以摻雜Si的n型GaN製成之n型接觸層130、摻雜Si的n型侷限層(第一層131)、發光部140、以摻雜Mg的p型AlGaN製成之p型侷限層(第二層151)、及以摻雜Mg的p型GaN製成之p型接觸層150。
此外，在p型接觸層150上，設置以例如Ni製成的p側電極160。在n型接觸層130上，設置以例如Al/Au之堆疊薄膜製成的n側電極170。
第一阻障層141可包括例如摻雜Si的n型AlGaInN。第二阻障層142可包括AlGaInN。第二阻障層142可摻雜或不摻雜Si，或可以Si部分摻雜。
在根據此實施例之半導體發光裝置10中，井層143之帶隙小於第一阻障層141及第二阻障層142之帶隙。抑制由包括在半導體發光裝置10中之其他半導體層吸收來自井層143的發射光，且可以高效率把光提取至外部。故可實現以高效率發射近紫外線光之半導體發光裝置。
於下說明上述層之示範組態。然而，此實施例不限於此。可有各種修改。
第一緩衝層121之厚度可例如約為2微米(μm)。第一AlN緩衝層121a之厚度例如不小於3nm且不大於20nm。第二AlN緩衝層121b之厚度例如約為2μm。
第二緩衝層122(晶格緩和層)之厚度可例如為2μm。
n型接觸層130中之Si濃度可例如不低於5×1018 cm-3 且不高於2×1019 cm-3 。n型接觸層130之厚度可例如約為6μm。
n型侷限層(第一層131)包括例如摻雜Si的n型GaN。n型侷限層中之Si濃度可例如約為2×1018 cm-3 。n型侷限層之厚度可例如約為0.5μm。
p型侷限層(第二層151)包括例如摻雜Mg的p型Al0.25 Ga0.75 N。p型侷限層之厚度可例如約為24nm。在p型侷限層中，在第二阻障層142側上之Mg濃度可例如約為3×1019 cm-3 ，且在與第二阻障層142相對側上(在p側電極160側上)之Mg濃度約為1×1019 cm-3 。
在p型接觸層150中，在p型侷限層側上之Mg濃度可例如約為1×1019 cm-3 ，且在與n型侷限層相對側上(在此實例中在p側電極160側上)之Mg濃度可不低於5×1019 cm-3 且不高於9×1019 cm-3 。
井層143可包括例如GaInN。井層143之厚度不小於4.5nm且不大於9nm。井層143可包括例如Ga0.93 In0.07 N。井層143之厚度可例如約為6nm。從發光部140(井層143)發射的光為近紫外線光。
第一阻障層141可包括例如摻雜Si的n型Al0.065 Ga0.93 In0.005 N。在第一阻障層141中之Si濃度可例如不低於1×1019 cm-3 且不高於2×1019 cm-3 。第一阻障 層141的厚度可例如約為13.5nm。
第二阻障層142可包括例如Al0.065 Ga0.93 In0.005 N。第二阻障層142之厚度可例如約為6nm。
根據此實施例之半導體發光裝置10提供以高效率發射近紫外線光的半導體發光裝置。
依據下述之實驗結果及考量，本發明人已建構能夠以高效率發射近紫外線光的半導體發光裝置的組態。
基於氮化物半導體之許多半導體發光裝置採用多量子井(MQW)結構。MQW結構具有含有複數阻障層及複數井層交替堆疊於其中之組態。
例如，MQW結構亦採用於基於氮化物半導體之發射藍色的半導體發光裝置。在發射藍色的半導體發光裝置中，井層中之In成份比例係設定成不低於0.15且不高於0.25。若形成厚的具有這種高In成份比例的井層，晶體品質容易惡化。故在發射藍色的半導體發光裝置中，井層之厚度經常設定成不小於2nm且不大於3nm。然而，若井層厚度為薄，則將載子侷限在井層中之效果減少。有鑑於此，發射藍色的半導體發光裝置採用具有複數井層堆疊於其中之MQW結構。
另一方面，依據這種藍色半導體發光裝置的組態，已發展出近紫外線半導體發光裝置。亦即，已密集探討依據MQW結構之近紫外線半導體發光裝置。
本發明人進行了各種研究來增加具有MQW結構之近紫外線半導體發光裝置的效率。在由本發明人在這些研究 中所執行的實驗中，薄化MQW結構中之阻障層與井層對之一部分的厚度。亦即，薄化MQW結構中之井層的一部份之厚度以提供不實質發光的部分，並研究在那個情況中之發光效率。
詳言之，在n型半導體層上形成晶體應變緩和層。在晶體應變緩和層上，交替堆疊具有2.5nm厚之GaN層及具有1nm厚之GaInN層。在晶體應變緩和層上形成具有MQW結構之發光部140。在此之後進一步地形成p型半導體層。故形成半導體發光裝置。評估了此半導體發光裝置之發光特徵。在此，發光部140之MQW結構中之井層的數量例如為八。接著，減少MQW結構中之阻障層(如5nm厚)及井層(如3.5nm厚)對之一部分的厚度。詳言之，對應至阻障層之部分的厚度設定成2.5nm，且對應至井層之部分的厚度設定成1nm。接著，當變化具有減少厚度的阻障層及井層對之數量的同時，測量發光效率。
此實驗的結果為在減少阻障層及井層對之一部分的厚度之情況中的發光效率有時後可比得上無減少厚度的情況。在執行實驗之前，預估若MQW結構中之阻障層及井層對之數量減少會降低發光效率。然而，在實驗的實際結果中，在阻障層及井層對之數量為小的情況中發光效率仍高。
藉由此結果的原因分析，發現到有發生下列現象。
若阻障層及井層對之數量為大，則可增加侷限載子的效果，並藉此可增加發光效率。此外，發現到若阻障層及井層對之數量為大，阻障層及井層之一部分可作為用以增進晶體品質之緩衝層並增加效率。
另一方面，發現到若阻障層及井層對之數量為大，複數井層可能會有不一致的特徵並造成發光效率下降。例如，在設置複數井層之情況中，接近p型半導體層之井層及接近n型半導體層之井層在載子注入效率上有所不同。因此，發光效率在複數井層之中有變化。
此外，發生在一井層中發射的光可能會被另一井層所吸收並造成效率下降。
故本發明人注意到即使若減少MQW結構中的阻障層及井層對之數量仍可達成高發光效率。藉由此結果之原因分析，本發明人發現下列現象。亦即，複數井層具有不一致特徵，且一井層中發射的光被另一井層所吸收。並且，本發明人發現此現象實質限制MQW結構中之效率的增加。
另一方面，亦探討用以達成MQW結構中之複數井層的特徵之一致性的各種措施。然而，實際上，與目前情形相比難以大幅增進複數井層的特徵之一致性。
透過對阻礙MQW結構中之效率增加的原因之探討，本發明人推斷不包括複數井層的結構在某些情況中甚至更有利。本發明人實際製造了包括單一井層之近紫外線半導體發光裝置並評估其之特徵。接著，達成比MQW結構中更高的發光效率。
因此，依據實驗結果及其上述的分析，對於複數井層中之不一致性及光學吸收現象已獲得新的發現。此實施例之組態已依據這些發現建構而成。
詳言之，根據此實施例之半導體發光裝置10包括包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者之第一層131、包括p型AlGaN之第二層151、及設置在第一層131與第二層151之間並具有單一井層結構的發光部140。
故不會有因複數井層中之不一致性及一井層之發射光被另一井層吸收而造成效率的減低。因此可獲得以高效率發射近紫外線光的半導體發光裝置。
在此實施例中，設置單一井層143。所以不會有複數井層的情況所造成的載子注入效率之不一致性。
在此實施例中，井層143的帶隙小於另一層(如第一阻障層141、第二阻障層142、包括GaN之層、及包括AlGaN之層)之帶隙。亦即，在此實施例中，會有具有小帶隙之單一井層(井層143)，並且其他層之帶隙為較大。因此，抑制井層143發射的光被其他層所吸收。故有效地提取發射光到外部。
另一方面，在包括複數井層143之多量子井結構的情況中，例如，即使複數井層143具有比其他層更小之帶隙，複數井層143實質上有相同帶隙。因此，在一井層143中發射的光會被另一井層143所吸收。這會減低效率。
在此，如上述般，在發射藍光(發射峰值波長例如為不短於450 nm且不長於480 nm)的半導體發光裝置中，井層中之In成份比例為高。因此，若形成具有4.5 nm或更大厚度之井層，會發生GaN層與井層之間的晶格失配所導致之過度應變。這降低晶體品質並降低發光強度。另一方面，若井層之厚度薄於4.5 nm，井層中之載子的侷限為弱。故無法在SQW結構中形成具有高發光效率的井層。結果為採用MQW結構。
相反地，在根據此實施例之半導體發光裝置10中，針對近紫外線光之發射，井層143之厚度設定成不小於4.5 nm且不大於9 nm。這比在藍光發射的情況中更厚。故，即使在SQW結構中，井層143中之侷限載子的效果夠高。此外，因為井層143為單一，不會有複數井層中載子之不一致性。此單一井層143可依據具有最佳特徵之規格。結果為可最大化井層143中之發光效率。並且，井層不會遭受到複數井層中才會發生之吸收現象。故亦可增加光提取效率。
因此，根據此實施例之半導體發光裝置10可實現以高效率發射近紫外線光之半導體發光裝置。
在此實施例中，井層143包括例如Ga0.93 In0.07 N。井層143之厚度不小於4.5 nm且不大於9 nm。
根據本發明人之探討，若井層143之厚度小於4.5 nm，發光強度顯著地低。若井層143之厚度大於9 nm，發光光譜擴大並且發射強度明顯降低。藉由將井層143之厚度設定成不小於4.5 nm且不大於9 nm，獲得高發光效率及好的光譜特徵。
在井層143之厚度小於4.5 nm的情況中，從井層143至阻障層(如第一阻障層141及第二阻障層142的至少一層)之載子擴散被認為是增加並造成效率降低。若井層143之厚度超過9 nm，GaN層(如第二緩衝層122、n型接觸層130、摻雜Si的n型侷限層、及之類的)與井層143之間的晶格失配增加。故推斷會施加過度應變至晶體並降低晶體品質。
尤其，在井層143之厚度不小於5 nm且不大於7 nm的情況中，發光強度幾乎恆定，且光譜中之變化為小。當井層143之厚度為5 nm或更大時，發光強度幾乎恆定。因此，推斷載子一般存在於井層143中。當井層143之厚度為7 nm或更小時，光譜擴大幾乎不會發生。因此，推斷不會有因發生在幾乎整個區域(如井層143之整個區域)中之應變造成的結晶度下降，即使晶體之形狀、成份、及之類的包括波動。
在此實施例中，可實現上述組態，因為井層143包括GaInN，所以從發光部140(井層143)發射的光為近紫外線光，亦即，發射的光線為具有例如短於380 nm且不長於400 nm的峰值波長之近紫外線光。
在根據此實施例的半導體發光裝置及晶圓中，形成厚GaN層。因此，強烈吸收具有比GaN之吸收緣波長更高能量的光線。針對380 nm或更大之發射波長，具有小帶隙之單一量子井層設置在根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓中。這使得可享有實現具有高效率之半導體發光裝置及晶圓之功效。
此外，針對400 nm或更短之波長，無需增加井層143之GaInN中之In成份比例，且可加厚井層143。因此，即使在單一井層中，可有效率地注入電流，故裝置中不會有光學吸收，並可達成高效率。此外，在電流的實際值，電流注入至發光層(井層143)中之效率的降低為小。故可實現具有高效率及高光學輸出功率之半導體發光裝置。
在進一步探討根據此實施例之半導體發光裝置10之結構時，除了解決複數井層中之載子不一致性及重吸收之問題的上述之效果外發現到以晶體品質來說增加發光效率之另一種效果。亦即，在此實施例中，由於井層為單一，可最佳化其他層以最大化井層之晶體品質。
根據本發明人之實驗，獲得下列發現。在其中於藍寶石基板上設置基於氮化物半導體(如GaN)之半導體發光裝置的情況中，由於藍寶石基板與GaN之晶格失配而造成在GaN晶體(如GaN緩衝層)中產生晶體缺陷。藉由在GaN層上堆疊高應變層來減少這種缺陷的影響。此外，若在該高應變層上形成包括以GaInN製成之複數井層的MQW結構，會發生應變，因為井層之晶格常數與GaN層的不同。故，藉由複數井層減少晶體缺陷的影響。亦即，藉由堆疊複數井層，隨著堆疊井層之數量的增加，可生長出越不受晶體缺陷影響的高品質晶體。然而，若晶格失配層的總厚度為大，則應變量過度地增加，並且晶體品質再度降低。
根據本發明人之實驗，也獲得下列發現。在使用Ga(Al)InN作為發光層之晶圓(半導體發光裝置)中，對晶體品質之敏感度隨發射波長大幅變化。詳言之，在高於400 nm的波長之長波長側上，即使晶體品質降低發光效率的變化很小。然而，在400 nm或更短的短波長側上，發光效率隨著發射波長之下降而急遽下降。詳言之，在400 nm或更短的波長，每一光譜之短波長側下降，猶如其無法超過一種包跡般。因此，發光效率隨著發射波長變短而下降。然而，在高品質晶體中，發光效率的下降有限，即使發射波長為400 nm或更短之短波長。在此情況中，若波長(峰值波長)為短波長，則整個光譜會移至短波長側而無顯著變化。因此，尤其，藉由實現高品質晶體的生長，可獲得尤其在400 nm或更短之波長的近紫外線波長範圍中具有高效率之發光。
依據這些實驗結果，本發明人推斷僅可形成具有良好晶體品質之單一井層。另外，本發明人推斷出藉由最大化包括在半導體發光裝置中之每一層來最大化發光效率以最大化單一井層之晶體品質。另外，本發明推斷出此方法致能高效率發光，即使在發出具有400 nm或更短之波長的近紫外線光的半導體發光裝置中。這尤其適合高品質晶體之應用。
亦即，在此實施例中，可最佳化整體情況以最大化單一井層143之晶體品質。接著，最大化包括在半導體發光裝置中之每一半導體層的情況使得可在最佳情況下注入載子到單一井層143中。
因此，藉由使用具有均質且最佳特徵的單一井層，在使用複數井層之情況中可更有效率地執行光發射及光提取。亦即，由於發光部140包括單一井層143，可設計並製造半導體發光裝置以最佳化單一井層143之特徵。故可最佳化發光部140之特徵。如上述，根據此實施例之半導體發光裝置10可提供以高效率發射近紫外線光的半導體發光裝置。
於下將說明製造根據此實施例之半導體發光裝置10的一示範方法。
首先，藉由金屬有機化學蒸氣沈積，在具有以藍寶石c平面製成之表面的基板110上形成構成第一緩衝層121的約2μm厚之AlN薄膜。詳言之，形成具有不小於3 nm且不大於20 nm之厚度的高碳濃度第一AlN緩衝層121a(具有例如不低於3×1018 cm-3 且不高於5×1020 cm-3 之碳濃度)。並且，在其上形成具有2μm之厚度的高純度第二AlN緩衝層121b(具有例如不低於1×1016 cm-3 且不高於3×1018 cm-3 之碳濃度)。隨後，作為第二緩衝層122(晶格緩和層)，在其上形成具有2μm之厚度的無摻雜GaN薄膜。隨後，作為n型接觸層130，在其上形成具有6μm之厚度的摻雜Si的n型GaN薄膜，其具有不低於1×1019 cm-3 且不高於2×1019 cm-3 之Si濃度。另外，作為n型侷限層(第一層131)，形成具有0.5μm之厚度的具有2×1018 cm-3 之Si濃度之摻雜Si的n型GaN層。在其之上，作為第一阻障層141，形成具有13.5nm之厚度的摻雜Si的n型Al0.065 Ga0.93 In0.005 N薄膜，其具有不低於0.5×1019 cm-3 且不高於2×1019 cm-3 之Si濃度。此外，作為井層143，形成具有6 nm厚度之GaInN薄膜。並且，作為第二阻障層142，形成具有6 nm厚度之Al0.065 Ga0.93 In0.005 N薄膜。在其之上，作為p型侷限層(第二層151)，形成具有24 nm之厚度的摻雜Mg之p型Al0.25 Ga0.75 N薄膜(Mg濃度在第二阻障層142側上為1.8×1019 cm-3 且在自第二阻障層142之相對側上為1×1019 cm-3 )。還有，作為p型接觸層150，形成摻雜Mg之p型GaN薄膜(Mg濃度在第二層151側上為1×1019 cm-3 且在自第二層151之相對側上為不低於5×1019 cm-3 且不高於9×1019 cm-3 )。因此相繼堆疊上述層。
接著，包括這些半導體層之半導體層堆疊體藉由例如於下描述之方法設有電極。
如第1圖中所示，在半導體層堆疊體之部分區域中，藉由使用遮罩之乾蝕刻來移除p型半導體層及發光部140直到n型接觸層130暴露於表面。接著，藉由使用熱化學蒸氣沉積(CVD)設備，完全在包括暴露的n型半導體層之半導體層堆疊體上形成具有400 nm厚度之SiO2 薄膜(未圖示)。
接著，形成p側電極160。詳言之，首先，在半導體層堆疊體上形成用於阻劑剝離之圖案化阻劑。藉由氟化銨處理移除在p型接觸層150上之SiO2 薄膜。在藉由移除SiO2 薄膜而暴露的此區域上，作為p側電極160，藉由例如真空蒸氣設備形成具有200 nm之薄膜厚度的Ag之反射導電薄膜，並在350℃於氮環境中燒結一分鐘。
接著，形成n側電極170。詳言之，在半導體層堆疊體上形成用於阻劑剝離之圖案化阻劑。藉由氟化銨處理移除在暴露的n型接觸層130上之SiO2 薄膜。在藉由移除SiO2 薄膜而暴露的此區域上，例如，形成具有500 nm的薄膜厚度之Ti薄膜/Pt薄膜/Au薄膜的堆疊薄膜作為n側電極170。
替代地，n側電極170可包括高反射率銀合金(如含有在約1%之Pd)。在此情況中，欲改善歐姆接觸，以兩層結構形成n型接觸層130。作為電極形成區域，生長出具有約0.3μm之厚度的高濃度層，其具有不低於1.5×1019 cm-3 且不高於3×1019 cm-3 之Si濃度。這可抑制因Si分離所導致之可靠度的降低。
接下來，將基板110之後表面(在自第一緩衝層121相對側上之表面)接地。藉由例如劈理(cleavage)或金剛石刀切割來切割基板110及半導體層堆疊體。故製造出具有例如400μm寬及100μm厚之單切LED元件，亦即，根據此實施例之半導體發光裝置10。
根據此實施例之半導體發光裝置10包括包括n型半導體層、p型半導體層、及設置在n型半導體層與p型半導體層之間的發光部140之半導體層。雖不特別限制這些半導體層的材料，可使用例如基於氮化鎵之化合物半導體，例如，A1α1 Ga1-α1-β1 Inβ1 N(α1≧0，β1≧0，α1+β1≦1)。亦即，此實施例中半導體層可包括氮化物半導體。
雖不特別限制形成這些半導體層之方法，可使用諸如金屬有機化學蒸氣沉積及分子束外延之技術。
雖未特別限制，使用諸如藍寶石、SiC，GaAs、及Si之基板作為基板110。可最終移除基板110。
根據此實施例之半導體發光裝置10藉由利用低缺陷晶體之優點達成在近紫外線範圍中之高效率的發光。藉由增加發光部140本身之效率並抑制來自發光部140之電子溢流來實現高效率的發光。針對此，半導體發光裝置10係依據一種促進具有高Al成份比例及大薄膜厚度之p型侷限層(第二層151)的使用之組態。
於下將說明此組態。
首先，將說明在第一阻障層141及第二阻障層142中之Si濃度分佈及施加至井層143的壓電場之間的關係。
施加一壓電場至井層143。因此，在井層143介面與第二阻障層142之間的界面，正電荷從井層143穿透到第二阻障層142中。另一方面，在井層143介面與第一阻障層141之間的界面，負電荷從井層143穿透到第一阻障層141中。
井層143之p型侷限層(第二層151)側含有許多電子。因此，從第二阻障層142供應至其之電子供應可能為低。所以，在與此界面(第二阻障層142)接觸之阻障層中，Si濃度可能為低。亦即，可能無法以Si有意地摻雜第二阻障層142。
另一方面，井層143之n型侷限層(第一層131)側不含有許多電子。因此，期望從第一阻障層141側朝井層143充分地供應電子。所以，在與此界面接觸之第一阻障層141中，Si濃度較佳設定在高位準。亦即，以Si高度摻雜第一阻障層141。詳言之，第一阻障層141中之Si濃度較佳不低於0.5×1019 cm-3 且不高於2×1019 cm-3 。此外，設定成不低於1.0×1019 cm-3 且不高於1.2×1019 cm-3 之Si濃度允許高濃度電子供應而不使晶體降級。在不低於1.2×1019 cm-3 且不高於1.5×1019 cm-3 之Si濃度範圍中，發射光譜之擴大可能會發生，假設與晶體降級關聯。然而，可增加電子供應，且發光強度為高。
具有低Si濃度之第二阻障層142位在井層143之p型侷限層(第二層151)側上。具有高Si濃度之第一阻障層141位在井層143之n型侷限層(第一層131)側上。換言之，在發光部140中，Si濃度從p型侷限層(第二層151)側朝n型侷限層(第一層131)側增加。
如上述，可藉由變化第一阻障層141與第二阻障層142之間的Si濃度來增加發光效率。
另外，可減少發射光譜之半寬。
於下說明Si濃度及發射光譜之間的關係。
在與井層143接觸之第一阻障層141的界面，大量電子從高摻雜Si流到井層143中且大量的充電Si留在第一阻障層141側上。在此界面之電子濃度與Si濃度之分佈用來取消壓電場。結果為弱化壓電場。若壓電場被弱化，被壓電場彎曲的發光部140之能量帶被平坦化。藉此，改善發光效率。此外，發射光譜之半寬變窄。
在此，在發光部140包括複數井層之情況中，以n型雜質摻雜的阻障層插置在複數井層之間。這傾向於導致複數井層中壓電效應相異發生的問題。然而，在此實施例中，由於發光部140包括單一井層143，這問題不會發生。因此，第二阻障層142具有低濃度的n型雜質或非有意地以n型雜質摻雜。另一方面，以n型雜質高度摻雜第一阻障層141。
亦即，在設有複數井層的情況中，對其設限以達成複數井層中之一致的載子濃度分佈。然而，在此實施例中，排除此限制，且雜質濃度之設計有較大彈性及容差。亦即，僅需在低濃度以n型雜質摻雜或非有意地摻雜第二阻障層142。僅需在高濃度以n型雜質摻雜摻雜第一阻障層141。藉由這種簡單的設計，可獲得良好的載子分佈。
如上述，在根據此實施例之半導體發光裝置10中，藉由控制發光部140中之雜質濃度來增加發光效率並藉此控制發光部140中之電場。故此實施例可提供以高效率發射近紫外線光之半導體發光裝置。
接下來將說明藉由控制Si濃度來改善可靠度並減少驅動電壓之功效。
在根據此實施例之半導體發光裝置10中，使第二阻障層142中之Si濃度低於第一阻障層141中之Si濃度。因此，可改善可靠度，並可減少半導體發光裝置之驅動電壓。
藉由降低第二阻障層142中之Si濃度，從井層143朝p型侷限層(第二層151)之電子溢流減少。所以改善半導體發光裝置之可靠度。
此外，藉由降低第二阻障層142中之Si濃度，降低第二阻障層142之能量屏障高度。這使得電洞難以進入第二阻障層142且對於半導體發光裝置10中之電壓減少有效。
因此，可減少p型侷限層(第二層151)中之Al成份比例，並改善裝置的可靠度。例如，若第二阻障層142中之Si濃度約為1×1019 cm-3 ，則p型侷限層(第二層151)中之Al成份比例需為25%或更高。然而，若不以Si摻雜第二阻障層142，則p型侷限層(第二層151)中之Al成份比例可減少至20%。
如上述，在根據此實施例之半導體發光裝置10中，藉由降低第二阻障層142中之Si濃度來增加發光效率。故此實施例可提供以高效率、高可靠度、及低驅動電壓來發射近紫外線光的半導體發光裝置。
在此，第二阻障層142中之Si濃度可為一致，或例如，Si濃度可沿著厚度方向而變。例如，第二阻障層142可包括具有高Si濃度之第一部分及具有低Si濃度之第二部分。在此情況中，Si濃度分佈可逐步或連續地變化，只到第二阻障層142中之Si濃度低於第一阻障層141中的。
於下將詳述根據此實施例之半導體發光裝置10之每一層。
高碳濃度第一AlN緩衝層121a用來緩和與基板110不同的晶體種類並特別減少螺旋狀差排。另外，高純度第二AlN緩衝層121b用來平坦化在原子級之表面。這減少其上所生長之無摻雜GaN緩衝層(第二緩衝層122)的晶體缺陷。針對此，高純度第二AlN緩衝層121b的薄膜厚度較佳厚於1μm。此外，為了防止因應變造成之翹曲，高純度第二AlN緩衝層121b之厚度較佳為4μm或更小。
在此，第一緩衝層121可如上述包括之AlN。然而，此實施例不限制於此。例如，第一緩衝層121可包括Alα2 Ga1-α2 N(0.8≦α2≦1)。在此情況中，可藉由調整Al成份比例來補償晶圓翹曲。
藉由三維島生長在第一緩衝層121上形成第二緩衝層122(晶格緩和層)，且藉此將其用於缺陷減少和應變緩和。欲平坦化生長表面，第二緩衝層122(晶格緩和層)之平均厚度較佳為0.6μm或更大。從再生性及翹曲減少的觀點來看，第二緩衝層122(晶格緩和層)之厚度不小於0.8μm且不大於2μm。
藉由採用這些緩衝層，與由低溫生長所形成之傳統緩衝層相比，差排密度可減少至1/10或更少。這允許在這種高生長溫度之晶體生長及V族原料對族III原料之高比例(其否則會因不正常生長而難以採用)。故抑制點缺陷的產生。這允許AlGaN層及具有高Al成份比例的阻障層(第一阻障層141及第二阻障層142)之高濃度摻雜。
如上述，第一阻障層141包括例如Si摻雜的四元混合晶體AlGaInN(Al成份比例不低於6%且不高於10%，且In成份比例不低於0.3%且不高於1.0%)。第二阻障層142包括例如四元混合晶體AlGaInN(Al成份比例不低於6%且不高於10%，且In成份比例不低於0.3%且不高於1.0%)，隨意地以Si摻雜。井層143包括例如In0.05 Ga0.95 N(In成份比例可適當地在不低於4%且不高於10%之範圍中變化)。
發光部140之發射波長不短於380 nm且不長於400 nm。
GaN之吸收緣約為365 nm。因此，發射波長設定在380 nm或更長，其中由GaN之吸收不高。欲抑制GaN層中之吸收並增加發光效率，則發射波長較佳不短於380 nm且不長於400 nm。
在發射波長為400 nm或更短的情況中，可減少構成井層143之GaInN層的In成份比例，並且井層143之厚度可設定成4.5 nm或更高。
更佳地，發射波長不短於390 nm且不長於400 nm。在此情況中，井層143之厚度可設定成5.5 nm或更大。這增加發光效率並抑制與光學輸出功率之增加關聯的效率減低及與操作溫度之增加關聯的效率減低。
欲形成用於有效率地造成具有不短於380 nm且不長於400 nm的發射波長之紫外線發光的深電位，第一阻障層141及第二阻障層142中的A1成份比例設定成6%或更高。
第二阻障層142之厚度設定成3 nm或更高。這是因為小於3 nm的第二阻障層142之厚度會造成井層143之發射波長在p型AlGaN層之影響下變化的問題。考量到雜質擴散影響，欲控制井層143之特徵，第二阻障層142之厚度設定成4.5 nm或更大。尤其，若第二阻障層142之厚度大於井層143之厚度，緩和AlGaN層與井層143之間的應變影響的效果為高。在此，過厚的第二阻障層142會導致裝置電阻增加。並且，若第二阻障層142過厚，會累積從井層143溢流之載子並導致吸收。欲減少此影響，第二阻障層142較佳比第一阻障層141更薄。具有第二阻障層142之厚度為9 nm或更小之半導體發光裝置成功地在從發射波長所預期的操作電壓之10%內之電壓增加下操作。
第一阻障層141之厚度可設定在例如不小於4.5 nm且不大於30 nm的範圍中之值。若第一阻障層141之厚度為4.5 nm或更大，則彰顯材料之固有性質，且達成抑制電洞溢流之效果。在第一阻障層141之厚度為30 nm或更小之情況中，可相對輕易地生長高品質晶體。
另外，第一阻障層141之厚度較佳大於井層143之厚度。藉由使第一阻障層141之厚度大於井層143之厚度，有效控制至井層143之載子供應。尤其，第一阻障層141之厚度較佳不少於井層143之厚度的兩倍。藉由將第一阻障層141之厚度設定成不少於井層143之厚度的兩倍，載子可供應至第一阻障層141的雙側，且增進至井層143之載子供應的準確度。在此，如上述，藉由以Si摻雜第一阻障層141，可減少施加至井層143的壓電場之影響，並可獲得具有高效率的發光。
若第一阻障層141及第二阻障層142中的Al成份比例超過10%，則晶體品質降級。以小量的In摻雜第一阻障層141及第二阻障層142會有改善晶體品質之效果。此效果可在當第一阻障層141及第二阻障層142之In成份比例為0.3%或更高時觀察到。然而，若In成份比例超過1.0%，晶體品質會降級，且發光效率減低。然而，若厚度為小，則In成份比例可最高增加到2%。
例如，在此實施例中，在第一阻障層141之薄膜厚度為15 nm或更大的情況中，最高In成份比例限制在約1%。然而，若將第一阻障層141薄化至7 nm，則即使In成份比例為2%，晶體不會降級，且獲得強烈發光。
接下來說明第一阻障層141之生長技術。
很難生長具有良好晶體品質之四元混合晶體AlGaInN層。此外，若以Si高度摻雜，該晶體容易降級。透過對LED裝置結構及生長情況的最佳化的探討，本發明人已成功地增加以AlGaInN製成的第一阻障層141之In成份比例而不降級晶體品質。
例如，如上述，在此實施例中，若第一阻障層141之薄膜厚度超過15 nm，則最高In成份比例限制在約1%。然而，若將第一阻障層141薄化至7 nm，即使In成份比例為2%，晶體不會降級，且獲得強烈發光。
藉由In成份比例的增加，與井層143之界面變得更陡。因此可增進井層143之結晶度。於是，可在高濃度以Si摻雜以AlGaInN製成的第一阻障層141。
還有，藉由減少Si高度摻雜之第一阻障層141的薄膜厚度，可在更高濃度以Si摻雜第一阻障層141。
在第一阻障層141及第二阻障層142之間做比較，第一阻障層141之Al成份比例可能高。在此情況中，第一阻障層141會有較大的帶隙。這增加侷限電洞的效果。因此，當增加注入電流時，減少漏電流，且可增加光學輸出功率。針對電子，第二層151(p型AlGaN層)作為屏障。因此，將第二阻障層142之Al成份比例變成足夠的低於第二層151。
例如，第一阻障層141之Al成份比例可設定成8%或更高，且第二阻障層142之Al成份比例可設定成7%。在此情況中，在以高溫生長第一阻障層141後，可在低於該高溫之生長溫度生長井層143及第二阻障層142。因此，由於在高溫生長具有高Al成份比例之第一阻障層141，可將第一阻障層141生長為高引值晶體。另一方面，在低溫生長具有低Al成份比例之井層143及第二阻障層142，使得可以良好之特徵生長具有例如高In成份比例之井層143。
在此，在將第二阻障層142生長至足夠保護井層143之表面的厚度之後，以較高溫度生長第二阻障層142。
例如，第一阻障層141可具有兩層結構，其為具有高Al成份比例之AlGaN層及具有低Al成份比例之AlGaInN層。在這種結構中，可藉由AlGaN層抑制電洞溢流。另外，藉由AlGaInN層，可改善晶體表面之特徵，且可在有改善的特徵之晶體表面上形成井層143。在此情況中，可在高溫生長AlGaN層及AlGaInN層之部分，且可在與井層143相同之溫度生長其餘的AlGaInN層。藉由這種方法，可在高溫生長高品質AlGaN晶體，其中可在適合井層143之溫度生長井層143。這種溫度改變需要長時期並減低程序效率。在發光部具有多量子井結構之情況中，在每一阻障層與井層上執行此一類的程序非常耗時且減低程序效率。然而，在此實施例中，發光部140具有單一量子井結構，故僅需此一類的程序一次。所以可執行這一類的程序為實用的程序序列。
第二實施例
第2圖為描繪根據本發明之第二實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖。
如第2圖中所示，除了第一層131、第二層151、及發光部140之外，根據此實施例之半導體發光裝置20進一步包括設置在第一層131及發光部140之間的第一堆疊結構體210。
第一堆疊結構體210包含包括AlGaInN之複數第三層203及與複數第三層203交替堆疊並包括GaInN之複數第四層204。
沿著Z軸方向堆疊複數第三層203及複數第四層204。
複數第三層203之每一層具有比第一阻障層141及第二阻障層142更小的厚度。複數第四層204之每一層具有比井層143更小的厚度。
第三層203例如為低應變層。第四層204例如為具有比第三層203更高之應變的高應變層。
可以和例如第一阻障層141相同的成份來形成第三層203。亦即，在第一阻障層141包括Al0.07 Ga0.925 In0.005 N的情況中，第三層203可包括Al0.07 Ga0.925 In0.005 N。第三層203之厚度例如為2nm。並且，在例如約5×1018 cm-3 以Si摻雜第三層203。
可以和例如井層143相同的成份來形成第四層204。亦即，在井層143包括Ga0.93 In0.007 N的情況中，第四層204可包括Ga0.93 In0.007 N。第四層204之厚度可例如為1nm。
例如，第三層203之數量為30，且第四層204之數量為30。亦即，堆疊30對的第三層203及第四層204。
可做出與半導體發光裝置10的類似之除了上述外的組態，且省略其之說明。
例如，若以和第一阻障層141相同的成份來形成第三層203，則可在與第一阻障層141相同的條件下生長第三層203。這可促進程序。另外，在生長第一阻障層141之前，在生長第三層203的過程中，可花上夠久的一段時間來準備與第一阻障層141相同的生長條件。這可增進第一阻障層141之可控制性。
例如，若以和井層143相同的成份來形成第四層204，則可在與井層143相同的條件下生長第四層204。這可促進程序。另外，在生長井層143之前，在生長第四層204的過程中，可花上夠久的一段時間來準備與井層143相同的生長條件。這可增進井層143之可控制性。
另一方面，例如，若第四層204包括具有比井層143更低的In成份比例及更大的帶隙之GaInN，可減少被第四層204所吸收的來自井層143之發光。此外，在此情況中，由於吸收減少，可將第四層204製造得更厚，且可增加第三層203及第四層204之對的數量。
在此，第三層203及第四層204之對的數量不限於三十。可適當地設定此數量。此外，取代使第三層203及第四層204之數量相等，可藉由添加再一層第三層203而將第三層203之數量製造成大於第四層204的數量。故可堆疊複數層的第三層203及複數層的第四層204而以第三層203為開始並以第三層203為結束。替代地，可藉由添加再一層第四層204而將第四層204之數量製造成大於第三層203的數量。故可堆疊複數層的第三層203及複數層的第四層204而以第四層204為開始並以第四層204為結束。
在設置在半導體發光裝置20中之第一堆疊結構體210中，第一堆疊結構體210中之晶體受到應變。故增進晶體品質。這增進設置在第一堆疊結構體210上之半導體層(如發光部140中之半導體層，尤其為井層143)的晶體品質。故半導體發光裝置20可獲得更高的發光效率。亦即，例如，最佳化第一堆疊結構體210之組態以最大化井層143之晶體品質。
在此實施例中，發光部140中之井層143與GaN層晶格失配。因此會在堆疊於第一堆疊結構體210上之井層143中累積應變。於此，可適當設計第一堆疊結構體210中之第三層203及第四層204的重複次數以改善第一堆疊結構體210中之晶體品質。這亦可抑制由第一堆疊結構體210及井層143中之總應變超過限制所導致的井層143中之晶體特徵的降級。
複數層第四層204之總厚度和井層143之厚度的總和例如為不小於25 nm且不大於45 nm。這允許良好的晶體生長，其特徵顯現於高發光效率及小發射光譜的散佈。
尤其，在複數層第四層204之總厚度和井層143之厚度的總和不小於30 nm且不大於35 nm的情況中，獲得特別好的晶體。
如此之原因如下般假定。當複數層第四層204之總厚度和井層143之厚度的總和設定成不小於25 nm且不大於45 nm時，應變總量，包括晶體中之成份波動，對應至大約不造成晶體中之降級的範圍中之上限。
在使用包括複數層的第三層203及複數層的第四層204之第一堆疊結構體210的情況中，本發明人已發現下列者。從晶體之下部分(如從第一堆疊結構體210看去在基板110側上之第二緩衝層122)延伸到第一堆疊結構體210之晶體差排的方向在第一堆疊結構體210中變化。使差排的方向接近與第一堆疊結構體210之c平面表面垂直之方向。亦即，使晶體差排之方向接近與晶體表面垂直之方向(亦即堆疊方向或Z軸方向)。這對應至以堆疊方向看去發光部140中之晶體差排的長度之減少。亦即，這對應至以堆疊方向看去發光部140中之缺陷區域之面積的減少。
因此認為藉由採用第一堆疊結構體210，可增進形成在第一堆疊結構體210上之晶體的品質。推斷這是因為基於第一堆疊結構體210之半導體發光裝置20中之增進的晶體品質及發光效率所導致。
在此實施例中，在由藍寶石製成之基板上，在高溫於第一緩衝層121(AlN層)及第二緩衝層122(無摻雜GaN層)上形成n型接觸層130(n型GaN層)。因此獲得具有低差排密度之高品質GaN晶體。故n型侷限層(第一層131)具有好的晶體品質。此外，形成在其上之發光部140具有高晶體品質。
詳言之，在此實施例中之發光部140的晶體中，大多數的差排為不相干。差排之間少有接觸及糾纏。這直接彰顯出由差排方向與晶體表面垂直方向對齊所實現之改善晶體特徵的效果。故藉由連同上述緩衝層的結合而施加第一堆疊結構體210，更明顯地彰顯出由第一堆疊結構體210所實現之改善晶體特徵的效果。
在此，在此實施例中，將第四層204之厚度的下限決定為不小於當第四層204呈現其之材料特性為連續層之值的厚度。第四層204之厚度的上限係由提供第四層204中之吸收緣的能量與井層143中之吸收緣的能量之間的差之條件而定。
特別是，第四層204之厚度設定成例如四原子層或更大，且不大於當第四層204中之吸收緣的能量足夠大於井層143中之吸收緣的能量之厚度。詳言之，對應至第四層204中之吸收緣的能量之波長係設定在當井層143之發射光譜的強度為峰值一半或更少之波長的短波長側上。
另一方面，在第三層203中，使Al成份比例與第一阻障層141的相當(Al成份比例約為10%或更低)。這可減少阻障對第三層203與GaN層之間的電子之阻性，且可生長出高品質的晶體。
在此實施例中，第一阻障層141可具有兩層結構，其為具有高Al成份比例的AlGaN層及具有低Al成份比例的AlGaInN層之結合。藉由這種結構，可由AlGaN層抑制電洞溢流。此外，藉由AlGaInN層，可改善晶體表面之特徵，且可在具有改善特徵之晶體表面上形成井層143。例如，作為第一阻障層141之部分，在增加至1000℃的生長溫度生長AlGaN層(Al成份比例不低於20%且不高於26%)及AlGaInN層(Al成份比例為8%)。接著，可在較低生長溫度生長構成其餘的第一阻障層141之AlGaN層及井層。這允許具有低電洞溢流之半導體發光裝置、井層143中之高發光效率、及從低電流至高電流的高光學輸出功率。
接下來，將說明製造根據此實施例之半導體裝置及晶圓的方法之特點。
欲實現高效率的半導體發光裝置，較佳藉由大致連續生長來形成用於發光之井層143，及在其兩側上之第一阻障層141與第二阻障層142。這是為了減少中斷生長而產生之界面缺陷。在此，異質接面至少存在於第一阻障層141和井層143之間，及井層143和第二阻障層142之間。在此界面，中斷生長以調整供應原料之條件。除了此中斷時間外之連續生長係稱為大致連續生長。
一般而言，在具有充當發光層之GaInN層的薄多量子井中，GaInN層具有高In成份比例。因此，GaInN層適合低溫晶體生長。另一方面，包括Al之阻障層有鑑於Al和氮之間的強固耦合適合高生長溫度。因此，若在相同溫度連續生長包括具有高In成份比例之GaInN的井層及包括Al之阻障層，無法選擇適合井層及阻障層兩者之生長條件。這會造成無法生找高品質晶體的問題。
在根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓中，發光部140係基於單一厚井層143。因此，發光能量因量子效應造成之移動為小。故井層143可包括具有低In成份比例及大帶隙之GaInN層。這允許在高溫之生長。
另一方面，以In摻雜阻障層(第一阻障層141及第二阻障層142)促進在晶體生長期間在晶體表面之原子運動。故可在低溫生長含Al的AlGaInN。由於低In攝入效率，針對少許In摻雜供應大量的In原料至晶體表面。這促進在晶體表面之原子運動並允許低溫的晶體生長。亦即，在根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓中，可在高溫生長井層143，且可在低溫生長阻障層(第一阻障層141及第二阻障層142)。這允許在大致恆定溫度之大致連續生長(沒有有意地變化溫度)。故在根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓中，可減少在與井層143相鄰之界面的晶體缺陷。
亦即，藉由用於發光之井層143及在其兩側上之第一阻障層141與第二阻障層142的大致連續生長方法來製造根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓。這得以形成尤其在低電流區域具有高發光效率之半導體發光裝置及晶圓。
接下來，說明製造根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓的方法之一替代特點。製造根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓的方法之一替代特點為可在與發光部140(井層143、第一阻障層141、及第二阻障層142)大致相同溫度生長堆疊結構(尤其係第一堆疊結構體210)。
藉由提供第一堆疊結構體210，晶體中之差排方向變化，且預料可在第一堆疊結構體210上形成具有高發光效率之井層143。然而，若第一堆疊結構體210和發光部140之間的生長溫度變化，缺陷之傳播方向會變化。這造成有關於雖然設置第一堆疊結構體210卻無法改善發光部140之特徵的問題。因此，較佳在大致相等溫度生長第一堆疊結構體210、第一阻障層141、井層143、及第二阻障層142。
如上述，在根據此實施例之半導體發光裝置中，可在大致相同溫度生長井層143及阻障層(第一阻障層141及第二阻障層142)。另一方面，可選擇第一堆疊結構體210的第三層203及第四層204之材料為分別與阻障層及井層143的類似之材料對，並允許在與阻障層及井層143相同生長溫度之有利的晶體生長。故，可在大致相等溫度迅速生長第一堆疊結構體210、第一阻障層141、井層143、及第二阻障層142之晶體。
在包括大量堆疊層並具有複雜組態之半導體發光裝置及晶圓中，若最佳生長條件在層之間變化，則條件選擇費時。因此難以製造出針對所有層皆有良好特徵之裝置。然而，在根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓中，可在大致相同溫度生長堆疊結構體、阻障層、及發光層。這允許在適當生長條件下迅速地生長出高品質之晶體。
亦即，可藉由在大致相同溫度之生長堆疊結構體、阻障層、及發光層的方法來製造根據此實施例之半導體發光裝置及晶圓。這允許在適當生長條件下迅速地生長出高品質之晶體。故可製造出具有高發光效率之半導體發光裝置及晶圓。
第3圖為描繪根據本發明之第二實施例的另一半導體發光裝置之組態的示意剖面圖。
如第3圖中所示，在根據本發明之第二實施例的該另一半導體發光裝置21中，第一阻障層141具有三層結構。使其餘的和半導體發光裝置20類似，且因此省略其之敘述。
詳言之，第一阻障層141包括設置在第一層131與井層143之間(在此實例中，在第一堆疊結構體210與井層143之間)的第一子層141a、設置在第一子層141a與井層143之間的第二子層141b、及設置在第一子層141a與第一層131之間(在此實例中，在第一子層141a與第一堆疊結構體210之間)的第三子層141c。
第一子層141a示意性為具有高Al成份比例的AlGaN層。第二子層141b示意性為具有低Al成份比例的AlGaInN層。第三子層141c示意性為具有低Al成份比例的AlGaInN層。第三子層141c具有比第一子層141a更低的Al成份比例。
在第一子層141a中之Al成份比例例如為15%。第一子層141a之厚度例如為5 nm。
在第二子層141b中之Al成份比例例如為7%。第二子層141b之厚度例如為5 nm。
使在第三子層141c中之Al成份比例等於例如第一堆疊結構體210之第三層203中的Al成份比例。第三子層141c之厚度例如為2 nm。
替代地，將第一子層141a中之Al成份比例設定成例如不低於10%且不高於26%。將第一子層141a之厚度設定成不低於5 nm且不高於50 nm。可以作為n型雜質之Si在不低於5×1017 cm-3 且不高於1×1019 cm-3 摻雜第一子層141a。
將第二子層141b中之Al成份比例設定成例如不低於6%且不高於10%。將第二子層141b中之In成份比例設定成例如不低於0.3%且不高於1%。將第二子層141b之厚度設定成不低於3 nm且不高於15 nm。在此，視需要設置第二子層141b。在某些情況中可省略第二子層141b。
藉由設置如此組態之第一子層141a，獲得抑制電洞溢流之效果。這具有在半導體發光裝置中於高電流操作期間改善光學輸出功率的效果。此外，可抑制在增加的操作溫度之光學輸出功率的減少。
藉由設置第二子層141b，可改善晶體表面之特徵，且可在具有改善特徵之晶體表面上形成井層143。這特別抑制非輻射中心之形成，且具有在半導體發光裝置之低電流區域中增加發光效率之明顯的效果。在此，若以n型雜質摻雜第二子層141b，則屏蔽非輻射中心，且可改善在低電流區域中之發光效率。
替代地，在其中未設置第二子層141b的情況中，使井層143接近具有大帶隙之AlGaN層(第一子層141a)。因此，可增加井層143中之載子濃度。因此可增加發光效率。此外，尤其，即使在大輸出功率發光效率之減少有限。這允許半導體發光裝置即使在高溫的高電流操作中以高發光效率操作。
第三子層141c作用為覆蓋第四層204之表面用以生長高品質第一子層141a的保護層。視需要設置第三子層141c。在某些情況中可省略第三子層141c。
例如，在和第三層203相同的溫度，850℃，生長第三子層141c。之後，將生長溫度增加到1040℃以生長第一子層141a。接著，降低生長溫度以生長第二子層141b及井層143。這允許具有低電洞溢流之半導體發光裝置、在井層143中之高發光效率、及從低電流至高電流的高光學輸出功率。
第三實施例
第4圖為描繪根據第三實施例之半導體發光裝置的組態之示意剖面圖。
如第4圖中所示，除了第一層131、第二層151、及發光部140外，根據第三實施例之半導體發光裝置30進一步包括設置在第一層131及發光部140之間的第二堆疊結構體220。
第二堆疊結構體220包括包括GaN之複數第五層205及和第五層205交替堆疊且包括GaInN之複數第六層206。
沿著Z軸方向堆疊複數第五層205及複數第六層206。
複數第五層205之每一層具有比第一阻障層141及第二阻障層142更小的厚度。複數第六層206之每一層具有比井層143更小的厚度。
第五層205包括例如在例如約5×1018 cm-3 以Si摻雜之GaN。第五層205之厚度例如為2 nm。
第六層206包括例如具有7%之In成份比例的GaInN。亦即，第六層206具有和井層143相同的成份。第六層206之厚度設定在例如1 nm。
在此，堆疊30對的第五層205及第六層206。
可使除了前述外之組態與半導體發光裝置10類似，並省略其之說明。
本發明人已經發現藉由設置如上述般組態之第二堆疊結構220增進了晶體表面之平坦度。
這是假設因為用於第五層205之GaN為二元化合物，且具有在生長GaN的期間改善橫向一致性的顯著效果。
因此，藉由使用能夠改善平坦度之第二堆疊結構220，增進發光部140(尤其係井層143)之平坦度。結果為可改善晶體特徵，並藉此可增加發光效率。此外，藉由增進平坦度，可改善除了井層143外之半導體層的平坦度。此功效亦充當增加發光效率。此外，由於半導體發光裝置30亦基於SQW結構，半導體發光裝置30可享有參照第一實施例所述之功效。
故根據此實施例之半導體發光裝置30亦獲得以高效率發射近紫外線光的半導體發光裝置。
第四實施例
第5圖為描繪根據第四實施例之半導體發光裝置的組態之示意剖面圖。
如第5圖中所示，除了第一層131、第二層151、及發光部140外，根據第四實施例之半導體發光裝置40進一步包括設置在第一層131及發光部140之間的第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220。
第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220可分別為參照第二及第三實施例所述的那些。
因此得以享有由第一堆疊結構體210所實現之增進晶體品質及由第二堆疊結構體220所實現之增進平坦度之功效兩者。亦得以提供複數第一堆疊結構體210及複數第二堆疊結構體220。在此情況中，可將第二堆疊結構體220插置在複數第一堆疊結構體210之間。
第二堆疊結構體220可設置在第一堆疊結構體210與發光部140之間，或在第一堆疊結構體210與第一層131之間。在下列說明中，假設第二堆疊結構體220係設置在第一堆疊結構體210及第一層131之間。
亦即，在根據此實施例之半導體發光裝置40中，第二堆疊結構體220係設置在第一層131(n型侷限層)及第一堆疊結構體210之間。
同樣在半導體發光裝置40中，第一阻障層141包括Al0.07 Ga0.925 In0.005 N。第三層203包括Al0.07 Ga0.925 In0.005 N。第三層203之厚度為2 nm。此外，以Si在約5×1018 cm-3 摻雜第三層203。
另一方面，井層143包括Ga0.93 In0.07 N。第四層204包括Ga0.93 In0.07 N。第四層204之厚度為1 nm。第三層203之數量為30，且第四層204之數量為30。在此，第四層204可設置在第三層203的兩側上，使得例如第三層203之數量為30而第四層204之數量為31。
另一方面，第二堆疊結構體220之第五層205包括以Si在1.2×1018 cm-3 摻雜之GaN。第五層205之厚度設定成2.5 nm。
第六層206包括Ga0.93 In0.07 N。第六層206的厚度設定在1 nm。第五層205之數量為30，且第六層206之數量為30。在此，第六層206可設置在第五層205的兩側上，使得例如第五層205之數量為30而第六層206之數量為31。在以低溫順應第六層206地生長第二堆疊結構體220之情況中，在降低的溫度所生長之初始層為第六層206。因此，藉由增加第六層206之數量，可以較平坦的層開始生長。這允許具有特別高品質之晶體的生長。
在前述實例中，在第一堆疊結構體210中的第三層203及第四層204之對的數量等於在第二堆疊結構體220中之第五層205及第六層206之對的數量。然而，這些對的數量可相同或不同，且適當地組態。
實際製造出如此組態的半導體發光裝置40，並且評估其特徵。
因此，發現到藉由結合使用具有增進平坦度之顯著功效的第二堆疊結構體220及具有增進結晶度之顯著功效的第一堆疊結構體210進一步增加了發光效率。
詳言之，由具有增進平坦度之顯著功效的第二堆疊結構體220引進應變。因此，在維持晶體表面之平坦度的同時，可使晶體中之差排方向接近與晶體表面垂直之方向(與堆疊方向平行的方向)。此外，藉由引進第一堆疊結構體210，使差排甚至更接近與晶體表面垂直的方向。此之原因認為係如下般。在第一堆疊結構體210中之第三層203(AlGaN層)與第四層204(GaInN層)之間的晶格失配大於第五層205(GaN層)與第六層206(GaInN層)之間的晶格失配。因此，第一堆疊結構體210具有比第二堆疊結構體220更大的彎曲差排。
亦即，第二堆疊結構體220在層之間具有小晶格失配及小的彎曲差排力量，但具有高表面平坦度。另一方面，第一堆疊結構體210在層之間具有大晶格失配及大的彎曲差排力。在此實施例中，藉由結合第二堆疊結構體220及第一堆疊結構體210，可使差排的方向更有效接近與晶體表面垂直之方向而不減少晶體表面之平坦度。這允許具有較高品質之晶體的生長。
可藉由使用具有此實施例之堆疊結構體的晶圓來製造半導體發光裝置來獲得具有較高效率之特徵。
在此實施例中，可使第三層203比第五層205更薄。例如，第三層203之厚度可為2 nm、第四層204之厚度可為1 nm、第五層205之厚度可為2.5 nm、且第六層206之厚度可為1 nm。
為何把第三層203弄得比第五層205更薄的原因如下。欲減少來自發光層之光的吸收，較佳使第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220之吸收波長越短越好。由於第三層203包括Al，第三層203具有比第五層205更大的帶隙(GaN)。因此，欲等化第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220中之能量位準，把第三層203弄得比第五層205更薄。所以，使得第一堆疊結構體210之平均In成份比例更高。故可更有效率地以小生長厚度改善晶體特徵。
在此實施例中，可使第四層204比第五層205更薄。此外，可使第四層204之In成份比例比第五層205更高。這樣的原因如下。欲減少來自發光層之光的吸收，較佳使第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220之吸收波長越短越好。由於第三層203包括Al，第三層203具有比第五層205更大的帶隙(GaN)。因此，欲等化形成在第四層204及第六層206中之能量位準，應用下列組態的至少一者：增加第四層204的厚度，以及增加第四層204中之In成份比例。因此，可使第一堆疊結構體210中之平均In成份比例高於第二堆疊結構體220中的。故可更有效率地改善晶體特徵。
在此實施例中，針對第二堆疊結構體220，在堆疊12對的第五層205及第六層206之情況中，在晶體表面上觀察到明顯的不規則。然而，在堆疊16對的情況中，表面平坦度有改善。此外，在堆疊18、20、及27對的情況中，獲得具有高光學輸出功率的半導體發光裝置。故較佳第五層205及第六層206之對的數量不小於16且不大於27。然而，在堆疊27對的情況中，亦觀察到晶體中之缺陷有增加。故更佳地，第五層205及第六層206之對的數量不小於16且不大於20。
在此實施例中，第一阻障層141中之Si濃度較佳盡可能地高。這是為了藉由Si摻雜來引進足夠的正電荷來源到第一阻障層141中以抑制因壓電場之效應而造成之施加至井層143的電場之影響。然而，高Si濃度會造成晶體品質之降級。所以，藉由僅增加薄第一阻障層141中之Si濃度，可抑制壓電場之效應同時抑制晶體之特徵降級。
欲抑制晶體之特徵降級，在第一堆疊結構體210中，Si濃度較佳低於第一阻障層141中的。
另一方面，將在第一堆疊結構體210(AlGaInN層與GaInN層)中之異質結構的能帶不連續性與在第二堆疊結構體220(GaN層與GaInN層)中之異質結構的能帶不連續性之間相比，第一堆疊結構體210中之能帶不連續性較大。故，欲減少半導體發光裝置之電阻性，較佳在比第二堆疊結構體220更高之濃度以Si摻雜第一堆疊結構體210。然而，若第一堆疊結構體210中之Si濃度太高，則晶體特徵可能被降級。所以，亦在對應至GaN層與GaInN層之異質結構的充足之濃度以Si摻雜第二堆疊結構體220。
另一方面，第二阻障層142中之高Si濃度可能造成載子溢流及內部吸收。所以第二阻障層142中之Si濃度較佳為低。
結果為使第一阻障層141中之Si濃度高於第一堆疊結構體210中之Si濃度。使第二堆疊結構體220中之Si濃度低於第一堆疊結構體210中之Si濃度。使第二阻障層142中之Si濃度低於第二堆疊結構體220中之Si濃度。
藉由摻雜這種Si濃度分佈，增進晶體特徵，且抑制壓電場效應的影響。所以可增加發光效率。此外，電阻性為低，且載子溢流的影響不明顯。故可增加發光效率。因此，根據此實施例之半導體發光裝置40獲得以高效率發出近紫外線光的半導體發光裝置。
第五實施例
第6圖為描繪根據第五實施例之半導體發光裝置的組態之示意剖面圖。
如第6圖中所示，根據第五實施例之半導體發光裝置50包括在導電基板460上之第一層131、發光部140、及第二層151。以例如Ge製成導電基板460。
特別是在導電基板460與第二層151之間設置p型接觸層150。在導電基板460與p型接觸層150之間設置p側電極160。p側電極160反射從發光部140發射的光。
在此實例中，在導電基板460與p側電極160之間設置黏性金屬層455。在導電基板460與黏性金屬層455之間設置接合金屬層465。
另一方面，n型接觸層130係設置在與發光部140第一層131之相對側上。在與第一層131 n型接觸層130之相對側上設置低雜質濃度半導體層135。
低雜質濃度半導體層135中之雜質濃度低於n型接觸層130中之雜質濃度。低雜質濃度半導體層135例如為無摻雜之GaN層。低雜質濃度半導體層135可為上述之第二緩衝層122(晶格緩和層)。
低雜質濃度半導體層135可具有兩層結構。詳言之，可在第二緩衝層122與n型接觸層130之間設置n型低雜質濃度層(未圖示)使第二緩衝層122及此低雜質濃度層構成低雜質濃度半導體層135。在這種組態中，上述n型低雜質濃度層具有n型雜質濃度。所以，在第二緩衝層122上以高晶體品質迅速生長n型低雜質濃度層，並接著可在其上生長n型接觸層130。在此，n型接觸層130具有高雜質濃度，且其之晶體生長很難。然而，在此組態中，可在高品質基礎晶體上生長n型接觸層130。故可生長高品質n型接觸層130。
在低雜質濃度半導體層135中設置開口138。開口138暴露出n型接觸層130的部份。開口138從在n型接觸層130之相對側上的低雜質濃度半導體層135之主要表面135a連通n型接觸層130。亦即，開口138之底部與n型接觸層130連通。
設置n側電極170以覆蓋暴露在開口138中之n型接觸層130及低雜質濃度半導體層135之部分。
在低雜質濃度半導體層135之未被n側電極170覆蓋的部份之主要表面135a上設置具有波紋137p之粗糙表面部137。
雖在第6圖中省略，可設置上述之第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220的至少一者。在下列說明中，假設設置第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220。
藉由例如下列方法製造半導體發光裝置50。
例如，在以藍寶石製成的基板110上，形成第一緩衝層121、第二緩衝層122(構成低雜質濃度半導體層135)、n型接觸層130、第一層131(n型侷限層)、第一堆疊結構體210、第二堆疊結構體220、發光部140、第二層151(p型侷限層)、及p型接觸層150之晶體層以形成晶體堆疊體180。
接著，執行下列程序：在晶體堆疊體180上形成p側電極160、將晶體堆疊體180接合至導電基板460、移除基板110及第一緩衝層121、及在暴露的晶體層(n型接觸層130)上形成n側電極170並在低雜質濃度半導體層135上形成粗糙表面部137(亦即波紋137p)。
首先將說明在以藍寶石製成之基板110上的晶體層之一實例。
例如，藉由金屬有機化學蒸氣沈積，在具有以藍寶石c平面製成之表面的基板110上形成例如約2μm厚之包括AlN的第一緩衝層121。接著，在其上形成具有例如2μm之厚度的無摻雜GaN層作為第二緩衝層122。
在此，第一緩衝層121可包括如上述之AlN。然而，此實施例不限於此。例如，第一緩衝層121可包括Alα2 Ga1-α2 N(0.8≦α2≦1)。在此情況中，可藉由調整Al成份比例來補償晶圓翹曲。
然後，作為n型接觸層130，形成具有例如6μm之厚度的摻雜Si的n型GaN薄膜(Si濃度例如不低於1×1018 cm-3 且不高於1×1020 cm-3 )。接著，另外，作為第一層131，在其上形成具有例如0.5μm之厚度的摻雜Si的n型GaN層。
之後，形成如上述之第二堆疊結構體220及第一堆疊結構體210。接著，作為第一阻障層141，形成摻雜Si的n型Al0.07 Ga0.925 In0.005 N層(Si濃度例如不低於1.0×1019 cm-3 且不高於1.5×1019 cm-3 )。接著，此外，作為井層143，在其上形成GaInN層(波長不短於380 nm且不長於400 nm)。接著，作為第二阻障層142，在其上形成具有Al0.07 Ga0.925 In0.005 N層(Si濃度例如為1.0×1018 cm-3 或更低，且尤其可省略Si摻雜)。
此外，作為第二層151，形成具有0.02μm之厚度的摻雜Mg之p型Al0.22 Ga0.78 N層(Mg濃度例如為1×1019 cm-3 )。接著，作為p型接觸層150，形成具有0.28μm之厚度的摻雜Mg之p型GaN層。
藉由將p型接觸層150之Mg濃度設定成如之1×1020 cm-3 相對般高或更高且不低於1×1021 cm-3 ，可改善與p側電極160之歐姆接觸。然而，在半導體發光二極體的情況中，相較於半導體雷射二極體，接觸層與發光層之間的距離為短。所以會有關於Mg擴散造成之特徵降級的問題。在此，p側電極160與p型接觸層150之間的接觸面積為大。這造成在操作期間之低電流密度。利用此事實，可將p型接觸層150中之Mg濃度降至大約1×1019 cm-3 或更高且低於1×1020 cm-3 ，而不顯著地損害電氣特徵。故可防止Mg擴散，且可改善發光特徵。
接下來，將說明在晶體堆疊體180上p側電極160之形成、晶體堆疊體180至導電基板460之接合、及基板110及第一緩衝層121之移除。
首先，欲形成p側電極160，將真空蒸氣設備用於例如具有200 nm的厚度之Ag及具有2 nm的厚度之Pt的連續形成。在剝離後，在氧環境中在400℃執行燒結處理1分鐘。
接著，作為黏性金屬層455，在p側電極160上形成例如具有1000 nm的厚度之Ni薄膜及Au薄膜的堆疊薄膜。
接著，形成在以例如Ge製成之導電基板460上的接合金屬層465(如具有3μm薄膜厚度之AuSn焊料)係相對著形成在晶體堆疊體180上之黏性金屬層455。藉由加熱至等於或高於AuSn之共熔點之溫度，例如300℃，將導電基板460接合至晶體堆疊體180。
接著，從以藍寶石製成之基板110的側，施加例如YVO4 固態雷射之第三諧波(355 nm)或第四諧波(266 nm)雷射光。該雷射光具有短於對應至第二緩衝層122(GaN層，如上述無摻雜的GaN緩衝層)中之GaN的禁帶寬度之禁帶波長的波長。亦即，該雷射光具有比GaN之禁帶寬度更高的能量。
在第一緩衝層121(單晶AlN緩衝層)側上之第二緩衝層122(無摻雜的GaN緩衝層)之一區域中吸收此雷射光。因此，由產生的熱分解在第一緩衝層121(單晶AlN緩衝層)側上之第二緩衝層122(GaN緩衝層)中之GaN。
在此，第一緩衝層121可包括如上述之AlN。然而，此實施例不限於。例如，121可包括Alα2 Ga1-α2 N(0.8≦α2≦1)。在此情況中，可藉由調整Al成份比例來補償晶圓翹曲。
在此種雷射剝離方法中，GaN之溫度迅速增加。所以發生迅速熱膨脹與熱收縮。在第一緩衝層121以AlN製成的情況中，因其高導熱性熱會迅速散佈。這可緩和局部熱膨脹與收縮之影響。
另一方面，在第一緩衝層121以AlGaN製成的情況中，僅添加少許的Ga會急遽減少導熱性。這可抑制由雷射光對溫度改變之影響的散佈，且適合局部且迅速地改變溫度。因此，可減少雷射光之輸出功率。這可抑制由雷射光散佈在整個晶圓上所造成之破壞。
接著，藉由鹽酸處理或之類的移除分解的GaN。故剝除以藍寶石製成之基板110並自晶體堆疊體180分離。
接下來，將說明在暴露的晶體層(n型接觸層130)上n側電極170之形成及在低雜質濃度半導體層135上波紋137p之形成。
藉由移除從以藍寶石製成之基板110剝除之第二緩衝層122(無摻雜的GaN層)之部分來形成開口138。此開口138暴露出n型接觸層130(n型GaN層，亦即上述的摻雜Si之n型GaN層)之部分。在此，欲防止n側電極170之階梯不連續，較佳將開口138之側表面處理成錐形形狀。例如，可藉由使用阻劑遮罩以氯氣之乾蝕刻來形成以50°變尖的凹部作為開口138。藉由剝除方法或之類的形成具有例如500 nm的厚度之例如Ti/Pt/Au堆疊薄膜，以覆蓋暴露在開口138中之n型接觸層130(摻雜Si的n型GaN層)及第二緩衝層122(無摻雜的GaN層)之部分。將該堆疊薄膜圖案化成n側電極170。
之後，藉由例如以KOH溶液之鹼性蝕刻來處理在n側電極170外部的第二緩衝層122(無摻雜的GaN層)之表面以形成波紋137p。在下列條件下執行以KOH溶液之處理：將1 mol/L的KOH溶液加熱至80℃，並且執行蝕刻20分鐘。故形成波紋137p。
接下來，藉由劈理、金剛石刀切割、或之類的來切割導電基板460成個別的裝置。故製造出根據此實施例之半導體發光裝置50。
在上述中，使波紋137p之尺寸大於例如從發光部140發射之發光的波長。尤其，使波紋137p之尺寸大於例如從發光部140發射之發光的在低雜質濃度半導體層135中之波長。所以，在設有波紋137p之粗糙表面部137中光學路徑會變化，並增加光提取效率。因此可獲得具有較高效率之半導體發光裝置。
所以，在根據此實施例之半導體發光裝置50中，透過在主要表面為藍寶石層之c平面的基板110上之包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)的單晶緩衝層生長GaN層。第一層131係設置在該GaN層上。換言之，半導體發光裝置50進一步包括：基板110，該基板110的主要表面為藍寶石層之c平面、設置在基板110與第一層131之間的單晶緩衝層，該單晶緩衝層包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)、及設置在單晶緩衝層與第一層131之間的GaN層。
此單晶緩衝層包括例如第一緩衝層121。亦即，此單晶緩衝層包括例如高碳濃度第一AlN緩衝層121a及形成在第一AlN緩衝層121a上之高純度第二AlN緩衝層121b。
此外，透過單晶緩衝層生長的上述GaN層包括例如第二緩衝層122、n型接觸層130、摻雜Si的n型侷限層、及之類的。
所以藉由透過上述單晶緩衝層生長的GaN層獲得具有高晶體品質之GaN層。
導電基板460可以至少為導電之材料製成。雖不特別限制，可使用例如Si、Ge、及之類的半導體基板及Cu、CuW、及之類的金屬板。此外，導電基板460無需全部為導電。導電基板460僅需在其至少一部分中為導電。例如，可使用其中在樹脂中設有金屬電線的板或之類的。
p側電極160至少包括銀或其之合金。非銀之金屬的單一層薄膜相關於可見光帶區域之反射效率傾向於隨著在420 nm或更短之紫外線帶區域中之波長越短而減少。然而，銀具有針對不短於370 nm且不長於410 nm之紫外線帶區域之光的高反射效率特徵。所以，在紫外線發射之半導體發光裝置的p側電極160以銀合金製成的情況中，較佳在與半導體層之界面側上之p側電極160的一部分具有較高的銀成份比例。p側電極160之厚度較佳為100 nm或更大以確保發光效率。
欲防止焊料擴散到p側電極160之中或與p側電極160起反應，可在p側電極160上設置擴散防止層。該擴散防止層具有不與銀反應之性質，或不主動地擴散到銀中。此擴散防止層與p側電極160電性接觸。此擴散防止層可以單一層薄膜或高熔點金屬之堆疊薄膜所製成，如釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、釕(Ru)、銠(Rh)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、釔(Ir)、及鉑(Pt)。
較佳地，構成擴散防止層之金屬具有高工作函數使得一些擴散不會造成問題，且金屬較可能與p型接觸層150(p型GaN層)形成歐姆接觸。此金屬包括鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銠(Rh)、鎢(W)、錸(Re)、釔(Ir)、及鉑(Pt)的至少一者。
在單一層薄膜的情況中，擴散防止層之厚度較佳在不小於5 nm且不大於200 nm的範圍中以維持薄膜狀態。在堆疊薄膜的情況中，不特別限制擴散防止層之厚度，但可設定成在例如不小於10 nm且不大於10000 nm的範圍中之值。
在根據此實施例之半導體發光裝置50中，將GaN層形成在以藍寶石製成的基板110上。將第一層131形成在該GaN層上。將發光部140形成在第一層131上。將第二層151形成在發光部140上。接著，移除基板110。換言之，第一層131設置在發光部140及形成在以藍寶石製成的基板110上之GaN層之間。並且移除基板110。在如此組態之半導體發光裝置50中，可達成特別高的發光效率。
詳言之，在具有從其移除基板110之薄膜結構的半導體發光裝置50中，將光線提取到外部之光學路徑的平均長度為長。所以，減少裝置(半導體層)內部之吸收對於增加光提取效率非常有效。故，在藉由移除基板110所得之組態中特別明顯地達成此實施例之藉由針對發光部140使用單量子井結構來抑制裝置內(半導體層內)之光學吸收的功效。
當晶體堆疊體180接合至導電基板460且當GaN層被雷射光分解以剝除由藍寶石製成的基板110時，晶體堆疊體180之晶體層易有晶體缺陷及損壞處。
這應該是由導電基板460、藍寶石、及GaN層之間的熱膨脹係數、局部加熱、GaN之分解產生之產物、及之類的所造成。若在晶體層中發生晶體缺陷及損壞處，包含在p側電極160中之Ag會擴散通過晶體缺陷及損壞處。這造成晶體內之漏洞及晶體缺陷的加速增加。
根據此實施例，井層143為單一層。所以，可藉由由堆疊結構從基板110側所施加之應變來顯著地改善晶體(井層143)之特徵。此外，由於單一層，井層143不會有會發生在MQW結構中之問題(在複數井層中，在生長基板側上之晶體品質改善不足，且在相對於生長基板之側上的應變過度地增加，造成晶體中之特徵降級的問題)。因此，可最佳化井層143之晶體品質。
此功效在晶體受到如在此實施例中之基板110的移除造成之負載的情況中特別有效。亦即，在移除掉用於晶體生長之基板110之後晶體仍可實現高品質。
如在此實施例中，在藉由移除基板110以在用高反射性的金屬製成之電極(p側電極160)使用反射來提取光線而得之結構中，在基板110與生長晶體與基板110內之間的界面不會有光學損耗。所以，此實施例具有藉由減少晶體中之光學損耗而改善發光效率的明顯功效。
亦即，在此實施例中，採用SQW結構。因此，從具有高發光效率之井層143發射的光不會被具有低效率之其他井層所吸收。因為不會有這種吸收問題，可以非常高的效率將光線提取到外部。
尤其，在此實施例中，藉由引進第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220來顯著增進晶體品質。所以，此實施例有效抑制在移除基板110過程中可能會發生之井層143的特徵降級。
在具有藉由移除基板110而得之結構的半導體發光裝置中，發光效率之減低可能會發生。本發明人分析在此組態中發光效率傾向於減低之起因。結果，本發明人推斷出在移除基板110過程中從基板110側施加之高應變所造成之晶體中差排的增加明顯導致發光效率之減低。
詳言之，在移除基板110的過程中，若藉由加熱來移除基板110，認為會將具有與熱膨脹關聯之橫向成份的差排引入晶體中。此外，當剝除基板110時，會產生剝除部及非剝除部。所以，以傾斜施加的力量來進行剝除。所以推斷與基板110之移除關聯的差排亦具有傾斜的成份。
在根據此實施例之半導體發光裝置50中，在基板110與發光部140之間引進第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220。它們被視為會影響與基板110之移除關聯的差排方向的改變(至橫向及傾斜方向的改變)。亦即，推定因為在此實施例中使差排的方向接近與晶體表面垂直之方向，達成了抑制差排方向的改變之功效。這抑制發光效率的減低，其可能發生在移除基板110的過程中，並允許以高效率發光之半導體發光裝置。
在此實施例中，使用第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220兩者。所以，上述功效特別顯著。然而，即使在使用它們之一的情況中，達成增加發光效率之功效。尤其，若使用第一堆疊結構體210，第三層203與第四層204之間的晶格失配為大，且改變差排方向之功效顯著。此外，即使在晶體在平面中非一致之情況中，改變差排方向之功效顯著，且對於半導體發光裝置之效率增加的貢獻顯著。
如上述，根據本發明之實施例的組態可應用至基於藉由移除基板110而得之組態的半導體發光裝置。接著，由於高晶體品質，抑制了與移除基板110關聯之晶體的特徵降級。因此，可實現具有特別高效率之發光。亦即，可藉由結合使用藉由移除基板110而得之組態、SQW結構之發光部140、及第一堆疊結構體210來特別有效地增加發光效率。此外，可藉由進一步與第二堆疊結構體220結合來更有效地增加發光效率。
第六實施例
第7圖為描繪根據第六實施例之晶圓的組態之示意剖面圖。
如第7圖中所示，根據第六實施例之晶圓560包括包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者之第一層131、包括p型AlGaN之第二層151、及發光部140。發光部140具有以第一阻障層141、第二阻障層142、及井層143所製成之單量子井結構。第一阻障層141係設置在第一層131與第二層151之間並包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)。第二阻障層142係設置在第一阻障層141與第二層151之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)。井層143係設置在第一阻障層141與第二阻障層142之間並包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)。
井層143具有不小於4.5 nm且不大於9 nm之厚度。井層143發射近紫外線光。井層143之峰值波長例如為不短於380 nm且不長於400 nm。
如此組態之晶圓560可實現與上述根據本發明之實施例的半導體發光裝置類似之功效。晶圓560可提供以高效率發射近紫外線光的晶圓。
如第7圖中所示，晶圓560可進一步包括參照根據本發明之實施例的半導體發光裝置所述之各層。
在晶圓560中，井層143之厚度較佳尤其設定成不小於5 nm且不大於7 nm。
第8圖為描繪根據第六實施例之另一晶圓的組態之示意剖面圖。
如第8圖中所示，根據此實施例之晶圓570包括設置在第一層131及發光部140之間的第一堆疊結構體210。第一堆疊結構體210包括包括AlGaInN的複數第三層203及與該複數第三層203交替堆疊且包括GaInN之複數第四層204。複數第三層203之每一層具有比第一阻障層141及第二阻障層142更小的厚度。複數第四層204之每一層具有比井層143更小的厚度。
此外，晶圓570進一步包括設置在第一層131與發光部140之間的第二堆疊結構體220。第二堆疊結構體220包括包括GaN的複數第五層205及與該複數第五層205交替堆疊且包括GaInN之複數第六層206。複數第五層205之每一層具有比第一阻障層141及第二阻障層142更小的厚度。複數第六層206之每一層具有比井層143更小的厚度。
如上參照根據本發明之實施例的半導體發光裝置所述，可設置第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220之至少一者。此外，第二堆疊結構體220可設置在第一層131與第一堆疊結構體210之間。
複數第四層204的總厚度和井層143之厚度的總和不可小於25 nm且不大於45 nm。
晶圓570中之增加發光效率的功效係如參照根據實施例的半導體發光裝置所述般。
第七實施例
根據此實施例的製造半導體發光裝置之方法例如為參照第五實施例所述之製造半導體發光裝置50之方法。
第9圖為描繪根據本發明之第七實施例的製造半導體發光裝置之方法的流程圖。
如第9圖中所示，在根據此實施例的製造半導體發光裝置之方法中，在主要表面為藍寶石層之c平面的基板110上形成包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)的單晶緩衝層(步驟S101)。例如，依序形成高碳濃度第一AlN緩衝層121a及形成在第一AlN緩衝層121a上之高純度第二AlN緩衝層121b。
接著，在單晶緩衝層上形成GaN層(步驟S102)。例如，形成第二緩衝層122、n型接觸層130、及之類的。
接著，在GaN層上，形成包括包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的第一層131之n型半導體層(步驟S103)。
接著，在n型半導體層上，形成包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之第一阻障層141(步驟S104)。
接著，在第一阻障層141上，形成包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)之井層143(步驟S105)。井層143之厚度設定成不小於4.5 nm且不大於9 nm。井層143發射近紫外線光。井層143之峰值波長例如為不短於380 nm且不長於400 nm。
接著，在井層143上，形成包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之第二阻障層142(步驟S106)。
接著，在第二阻障層142上，形成包括p型AlGaN之第二層151的p型半導體層(步驟S107)。
接著，在形成p型半導體層之後，移除基板110(步驟S108)。
在根據此實施例的製造半導體發光裝置之方法中，將移除基板110之程序與SQW結構之發光部140。因此可特別有效地增加發光效率。此外，可藉由進一步與第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220的至少一者結合來更有效地增加發光效率。
第八實施例
第10圖為描繪根據本發明之第八實施例的製造半導體發光裝置之方法的流程圖。
如第10圖中所示，在根據此實施例的製造半導體發光裝置之方法中，藉由金屬有機化學蒸氣沉積，在以藍寶石製成之基板110上形成AlN層(第一緩衝層121)，(步驟S201)。例如，依序形成高碳濃度第一AlN緩衝層121a及形成在第一AlN緩衝層121a上之高純度第二AlN緩衝層121b。
接著，在此AlN層上，藉由金屬有機化學蒸氣沉積形成GaN層(步驟S202)。例如，形成第二緩衝層122、n型接觸層130、及之類的。
接著，在此GaN層上，藉由金屬有機化學蒸氣沉積形成包括包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的第一層131之n型半導體層(步驟S203)。
接著，在n型半導體層上，藉由金屬有機化學蒸氣沉積形成包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之第一阻障層141(步驟S204)。
接著，在第一阻障層141上，藉由金屬有機化學蒸氣沉積形成包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)之井層143(步驟S205)。井層143之厚度設定成不小於4.5 nm且不大於9 nm。井層143發射近紫外線光。井層143之峰值波長例如為不短於380 nm且不長於400 nm。
接著，在井層143上，藉由金屬有機化學蒸氣沉積形成包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之第二阻障層142(步驟S206)。
接著，在第二阻障層142上，藉由金屬有機化學蒸氣沉積形成包括p型AlGaN之第二層151的p型半導體層(步驟S207)。
詳言之，在上述n型半導體層上直接形成第一阻障層141。在第一阻障層141上直接形成井層143。在井層143上直接形成第二阻障層142。在第二阻障層142上直接形成p型半導體層。在此，如上述，包括第一層131之n型半導體層包括形成在第一層131上之第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220的至少一者。
此種製造方法可形成具有高晶體品質之半導體層。藉由形成藉由此方法而具有SQW結構之發光部140，可以高產量製造以特別高效率之發射近紫外線光的半導體發光裝置。
在此，可進一步執行形成第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220的至少一者之程序。這可更有效地增加發光效率。
上述製造半導體發光裝置之方法亦可應用於製造晶圓之方法。
亦即，根據本發明之實施例的製造晶圓之方法可包括上述步驟S201至S207。因此，可以高產量製造以特別高效率之發射近紫外線光的晶圓。並且在製造晶圓之此方法中，可進一步執行形成第一堆疊結構體210及第二堆疊結構體220的至少一者之程序。這可更有效地增加發光效率。
在此所用之「氮化物半導體」包括具有由化學式Bx Iny Alz Ga1-x-y-z N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、及x+y+z≦1)表示的成份之半導體，其中成份比例x、y、及z係在這些個別範圍中變化。此外，在上述化學式中，「氮化物半導體」亦包括進一步包含非N(氮)之任何V族元素的那些、進一步包含添加以控制諸如導電類型之各種性質的各種元素之那些、及進一步包含各種意外元素的那些。
在此之上，參照特定實例說明了本發明之示範實施例。然而，本發明不限於這些特定實例。例如，熟悉此技藝人士對於半導體發光裝置之組件(如半導體層、發光部、井層、阻障層、堆疊結構體、電極、基板、及緩衝層)的組態、大小、材料品質、配置等等所做的各種修改係包括在本發明之範疇內，此範疇乃至包括本發明之要旨的程度。
另外，可在技術可行性的程度內結合特定實例之任何兩或更多組件；且為包括在本發明之範疇內，此範疇乃至包括本發明之要旨的程度。
此外，由熟悉此技藝人士依據於上敘述為本發明之示範實施例的半導體發光裝置、晶圓、製造半導體發光裝置之方法、及製造晶圓之方法藉由適當設計修改而實行的所有半導體發光裝置、晶圓、製造半導體發光裝置之方法、及製造晶圓之方法係包括在本發明之範疇內，此範疇乃至包括本發明之要旨的程度。
並且，在本發明之精神內之各種修改及改造為熟悉此技藝人士顯而易見。所有這類修改及改造因此應視為在本發明之範疇內。
雖已說明了某些實施例，僅例示性提出這些實施例，且非意圖限制本發明之範疇。確實，在此所述之具新穎性的實施例可以各種其他形式體現；此外，可做出具有在此所述之實施例的形式之各種省略、替換、及改變而不背離本發明之精神。所附之申請專利範圍及其等效者意圖涵蓋落入本發明之範疇及精神內之這類形式或修改。
10、20、30、40、50．．．半導體發光裝置
110．．．基板
121．．．第一緩衝層
122．．．第二緩衝層
121a．．．第一AlN緩衝層
121b．．．第二AlN緩衝層
130．．．n型接觸層
131．．．第一層
135．．．低雜質濃度半導體層
135a．．．主要表面
137．．．粗糙表面部
137p．．．波紋
138．．．開口
140．．．發光部
141．．．第一阻障層
141a．．．第一子層
141b．．．第二子層
141c．．．第三子層
142．．．第二阻障層
143．．．井層
150‧‧‧p型接觸層
151‧‧‧第二層
160‧‧‧p側電極
170‧‧‧n側電極
180‧‧‧晶體堆疊體
203‧‧‧第三層
204‧‧‧第四層
205‧‧‧第五層
206‧‧‧第六層
210‧‧‧第一堆疊結構體
220‧‧‧第二堆疊結構體
455‧‧‧黏性金屬層
460‧‧‧導電基板
465‧‧‧接合金屬層
560、570‧‧‧晶圓
第1圖為描繪根據第一實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖；
第2圖為描繪根據第二實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖；
第3圖為描繪根據第二實施例的另一半導體發光裝置之組態的示意剖面圖；
第4圖為描繪根據第三實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖；
第5圖為描繪根據第四實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖；
第6圖為描繪根據第五實施例的半導體發光裝置之組態的示意剖面圖；
第7圖為描繪根據第六實施例之晶圓的組態之示意剖面圖；
第8圖為描繪根據第六實施例之另一晶圓的組態之示意剖面圖；
第9圖為描繪根據第七實施例的製造半導體發光裝置之方法的流程圖；以及
第10圖為描繪根據第八實施例的製造半導體發光裝置之方法的流程圖。
10．．．半導體發光裝置
110．．．基板
121．．．第一緩衝層
121a．．．第一AlN緩衝層
122．．．第二緩衝層
130．．．n型接觸層
131．．．第一層
140．．．發光部
141．．．第一阻障層
142．．．第二阻障層
143．．．井層
150．．．p型接觸層
151．．．第二層
160．．．p側電極
170．．．n側電極
Z．．．軸方向

Claims (47)

  1. 一種半導體發光裝置，包含：包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的一第一層；包括p型AlGaN之一第二層；設置在該第一層與該第二層之間的發光部，該發光部具有一單量子井結構；以及設置在該第一層與該發光部之間的一第一堆疊結構體，該單量子井結構包括：包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之一第一阻障層，設置在該第一阻障層與該第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之一第二阻障層，以及設置在該第一阻障層與該第二阻障層之間、包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)的一井層；該第一堆疊結構體包括：包括AlGaInN的複數第三層，該複數第三層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第三層交替堆疊且包括GaInN之複數第四層，該複數第四層之每一層具有小於該井層的厚度之 厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該井層具有不小於4.5奈米且不大於9奈米之厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該井層具有不小於5奈米且不大於7奈米之厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該複數第四層之總厚度和該井層之厚度的總和不小於25奈米且不大於45奈米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，進一步包含：設置在該第一層與該第一堆疊結構體之間的一第二堆疊結構體，該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該第一阻障層具有高於該第一堆疊結構體中之一Si濃度之一Si濃度，該第二堆疊結構體具有低於該第一堆疊結構體中之該Si濃度之一Si濃度，以及該第二層具有低於該第二堆疊結構體中之該Si濃度 之一Si濃度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，進一步包括：一基板，該基板之主要表面為一藍寶石層之一c平面；設置在該基板與該第一層之間的一單晶緩衝層，該單晶緩衝層包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)；以及設置在該單晶緩衝層與該第一層之間的一GaN層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一層係設置在該第一堆疊結構體與形成在以藍寶石製成之一基板上的一GaN層之間，以及該基板被移除。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該發光部組態成發射近紫外線光。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，進一步包含反射性之一p側電極，該第二層設置在該p側電極與該第一層之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該第一層設置在該發光部與形成在一基板上的一GaN層之間，及該基板被移除。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該基板以藍寶石製成。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該井層之帶隙小於該第一阻障層之帶隙、小於該第二 阻障層之帶隙、小於該第一層之帶隙、及小於該第二層之帶隙。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該井層之帶隙是該裝置中所包括的半導體層之帶隙間最小的。
  15. 一種半導體發光裝置，包含：包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的一第一層；包括p型AlGaN之一第二層；設置在該第一層與該第二層之間的發光部，該發光部具有一單量子井結構；以及設置在該第一層與該發光部之間的一第二堆疊結構體；該單量子井結構包括：包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之一第一阻障層，設置在該第一阻障層與該第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之一第二阻障層，以及設置在該第一阻障層與該第二阻障層之間、包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)的一井層；該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一 層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該發光部組態成發射近紫外線光。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，進一步包含反射性之一p側電極，該第二層設置在該p側電極與該第一層之間。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該第一層設置在該發光部與形成在一基板上的一GaN層之間，及該基板被移除。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之裝置，其中該基板以藍寶石製成。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該井層之帶隙小於該第一阻障層之帶隙、小於該第二阻障層之帶隙、小於該第一層之帶隙、及小於該第二層之帶隙。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之裝置，其中該井層之帶隙是該裝置中所包括的半導體層之帶隙間最小的。
  22. 一種晶圓，包含： 包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的一第一層；包括p型AlGaN之一第二層；以及設置在該第一層與該第二層之間的發光部，該發光部具有一單量子井結構；以及設置在該第一層與該發光部之間的一第一堆疊結構體，該單量子井結構包括：包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之一第一阻障層；設置在該第一阻障層與該第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之一第二阻障層；以及設置在該第一阻障層與該第二阻障層之間、包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)的一井層；該第一堆疊結構體包括：包括AlGaInN的複數第三層，該複數第三層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第三層交替堆疊且包括GaInN之複數第四層，該複數第四層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之晶圓，其中該井層 具有不小於4.5奈米且不大於9奈米之厚度。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之晶圓，其中該井層具有不小於5奈米且不大於7奈米之厚度。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之晶圓，其中該複數第四層之總厚度和該井層之厚度的總和不小於25奈米且不大於45奈米。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之晶圓，進一步包含：設置在該第一層與該第一堆疊結構體之間的一第二堆疊結構體，該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  27. 如申請專利範圍第22項所述之晶圓，其中該發光部組態成發射近紫外線光。
  28. 一種晶圓，包含：包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的一第一層；包括p型AlGaN之一第二層；以及設置在該第一層與該第二層之間的發光部，該發光部 具有一單量子井結構；以及設置在該第一層與該發光部之間的一第二堆疊結構體；該單量子井結構包括：包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之一第一阻障層；設置在該第一阻障層與該第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之一第二阻障層；以及設置在該第一阻障層與該第二阻障層之間、包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)的一井層；該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之晶圓，其中該發光部組態成發射近紫外線光。
  30. 一種製造半導體發光裝置之方法，包含：在一基板之一主要表面上形成一單晶緩衝層，該主要表面為一藍寶石層之一c平面，該單晶緩衝層包括 Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)；在該單晶緩衝層上形成一GaN層；在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第一堆疊結構體；在該第一堆疊結構體上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)；在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN；以及在形成該p型半導體層之後移除該基板，其中該第一堆疊結構體包括：包括AlGaInN的複數第三層，該複數第三層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第三層交替堆疊且包括GaInN之複數第四層，該複數第四層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之方法，其中該井層組態成發射近紫外線光。
  32. 一種製造半導體發光裝置之方法，包含：藉由金屬有機化學蒸氣沉積在以藍寶石製成的一基板上形成一AlN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該AlN層上形成一GaN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第一堆疊結構體；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一堆疊結構體上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；以及藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN，其中該第一堆疊結構體包括： 包括AlGaInN的複數第三層，該複數第三層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第三層交替堆疊且包括GaInN之複數第四層，該複數第四層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中該井層組態成發射近紫外線光。
  34. 一種製造晶圓之方法，包含：藉由金屬有機化學蒸氣沉積在以藍寶石製成的一基板上形成一AlN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該AlN層上形成一GaN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第一堆疊結構體；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一堆疊結構體上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻 障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；以及藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN，其中該第一堆疊結構體包括：包括AlGaInN的複數第三層，該複數第三層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第三層交替堆疊且包括GaInN之複數第四層，該複數第四層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之方法，其中該井層組態成發射近紫外線光。
  36. 一種半導體發光裝置，包含：反射性之一p側電極；包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者的一第一層；設置在該p側電極與該第一層之間的一第二層，該第二層係連接與該p側電極並包括p型AlGaN；以及具有一單量子井結構之一發光部，該單量子井結構包括：設置在該第一層與該第二層之間並包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)之一第一阻障層， 設置在該第一阻障層與該第二層之間並包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)之一第二阻障層，以及設置在該第一阻障層與該第二阻障層之間、包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)的一井層，該發光部組態成發射具有不短於380nm之峰值波長的光。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之裝置，其中該第一層係設置在該發光部與形成在以藍寶石製成之一基板上的一GaN層之間，以及該基板被移除。
  38. 如申請專利範圍第36項所述之裝置，其中該井層之帶隙小於該第一阻障層之帶隙、小於該第二阻障層之帶隙、小於該第一層之帶隙、及小於該第二層之帶隙。
  39. 如申請專利範圍第36項所述之裝置，其中該井層之帶隙是該裝置中所包括的半導體層之帶隙間最小的。
  40. 一種製造半導體發光裝置之方法，包含：在一基板之一主要表面上形成一單晶緩衝層，該主要表面為一藍寶石層之一c平面，該單晶緩衝層包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)；在該單晶緩衝層上形成一GaN層， 在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第二堆疊結構體；在該第二堆疊結構體上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)；在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN；以及在形成該p型半導體層之後移除該基板，其中該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  41. 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中該井層組態成發射近紫外線光。
  42. 一種製造半導體發光裝置之方法，包含：藉由金屬有機化學蒸氣沉積在以藍寶石製成的一基板上形成一AlN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該AlN層上形成一GaN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第二堆疊結構體；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二堆疊結構體上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；以及藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN，其中該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚 度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之方法，其中該井層組態成發射近紫外線光。
  44. 一種製造晶圓之方法，包含：藉由金屬有機化學蒸氣沉積在以藍寶石製成的一基板上形成一AlN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該AlN層上形成一GaN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第二堆疊結構體；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二堆疊結構體上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；以及 藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN，其中該第二堆疊結構體包括：包括GaN的複數第五層，該複數第五層之每一層具有小於該第一阻障層之厚度及小於該第二阻障層之厚度的厚度；以及與該複數第五層交替堆疊且包括GaInN之複數第六層，該複數第六層之每一層具有小於該井層的厚度之厚度。
  45. 如申請專利範圍第44項所述之方法，其中該井層組態成發射近紫外線光。
  46. 一種製造半導體發光裝置之方法，包含：在一基板之一主要表面上形成一單晶緩衝層，該主要表面為一藍寶石層之一c平面，該單晶緩衝層包括Alx3 Ga1-x3 N(0.8≦x3≦1)；在該單晶緩衝層上形成一GaN層；在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；在該n型半導體層上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0， y2<y0)，該井層組態成發射具有不短於380nm之峰值波長的光；在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)；在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN；在該p型半導體層上形成一p側電極，該p側電極為反射性的；以及在形成該p側電極之後移除該基板。
  47. 一種製造半導體發光裝置之方法，包含：在一基板上形成一GaN層；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該GaN層上形成一n型半導體層，該n型半導體層包括一第一層，該第一層包括n型GaN及n型AlGaN的至少一者；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該n型半導體層上形成一第一阻障層，該第一阻障層包括Alx1 Ga1-x1-y1 Iny1 N(0<x1，0≦y1，x1+y1<1)；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第一阻障層上形成一井層，該井層包括Alx0 Ga1-x0-y0 Iny0 N(0≦x0，0<y0，x0+y0<1，y1<y0，y2<y0)，該井層組態成發射具有不短於380nm之峰值波長的光；藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該井層上形成一第二阻障層，該第二阻障層包括Alx2 Ga1-x2-y2 Iny2 N(0<x2，0≦y2，x2+y2<1)； 藉由金屬有機化學蒸氣沉積在該第二阻障層上形成一p型半導體層，該p型半導體層包括一第二層，該第二層包括p型AlGaN；以及在該p型半導體層上形成一p側電極，該p側電極為反射性的；以及在形成該p側電極之後移除該基板。
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