TWI531083B - 發光裝置及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明有關於一種發光裝置（Light Emitting Devices）及製造發光裝置之方法，特別有關於一種發光二極管（Light Emitting Diodes，LED）及其製造方法。
發光裝置，比如發光二極管，其是從電子（Electrons）和空穴（Holes）結合湮滅而形成質子之電激勵過程中產生光之半導體裝置。典型的，III族氮化物（III-Nitride）發光二極管，比如氮化鎵(Gallium Nitride，GaN)發光二極管因其可以產生在紫外線(Ultra-violet)、藍光和綠光波普範圍內之波長的光而被廣泛的使用。
在氮化鎵發光二極管之製備過程中，氮化鎵通常是藉由金屬有機氣象沉積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）法或分子束外延（Molecular-beam Epitaxy，MBE）法直接沉積在基底，比如藍寶石和矽基底上。然而，沉積在基底上的氮化鎵層可能會在冷卻至室溫的過程中破裂，同時鎵元素也可能由於在矽基底表面上的較差之潤濕性能從而導致不能製備氮化鎵發光二極管。
目前，已經有一些嘗試來解決氮化鎵沉積中存在的問題。在一個示例中，在氮化鎵沉積到基底前，過渡金屬氮化物（Transition Metal Nitride），比如氮化鉿(Hafnium Nitride，HfN)或氮化鋯(Zirconium Nitride，ZrN)被用來先沉積在基底上，從而作爲緩衝層來沉積氮化鎵。在另一個示例裡，氮化鉿或氮化鋯被設置於氮化鎵基發光二極管中作爲電流分散層（Current Spreading Layer）和金屬反射器件（Metallic Reflector）來避免氮化鎵沉積過程中存在之問題。
然而，在氮化鎵發光二極管製備之過程中，氮化鎵和過渡金屬氮化物間介面可能不容易被控制。此外，在金屬有機氣象沉積過程中，過渡金屬氮化物可能會與氫氣發生反應。另外，直接在基底上成長過渡金屬氮化物也有不小之挑戰，這都增加了製造發光二極管之難度，同時也導致成本增加。
所以，需要提供一種新的發光裝置及其製造方法，其不僅可以使發光二極管具有較高之性能而且可減少製造過程中之困難。
本發明之一個實施例提供了一種發光裝置。發光裝置包括基底、半導體主體、過渡層及p接觸層。半導體主體可用來產生光且包括設置於基底上之n型層、設置於n型層上之p型層及設置於n型層和p型層之間之發光層。過渡層設置於基底上且位於n型層和基底間，過渡層包括複數個子層，複數個子層中之每層均包含有與其他子層不同之化合物且每一個子層之化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素。p接觸層設置於半導體主體之p型層上。
本發明另一個實施例提供了一種基底結構。基底結構包括基底及過渡層。過渡層其設置於基底上且其包括複數個子層，複數個子層中之每層均包含有與其他子層不同之化合物，且每一個子層之化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素。
本發明再一個實施例提供了一種製造發光裝置之方法。該方法包括設置基底；在基底上成長過渡層，其中過渡層包括複數個子層，複數個子層中之每層均包含有與其他子層不同之化合物，且每一個子層之化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素；在過渡層上成長n型半導體層；在n型半導體層上成長發光層；在發光層上成長p型半導體層，其中發光層設置於n型和p型半導體層之間；及在p型半導體層上形成有p接觸層及在過渡層或n型半導體層上形成有n型接觸層。
10‧‧‧發光裝置
11‧‧‧過渡層
12‧‧‧基底結構
13‧‧‧半導體主體
14‧‧‧基底
15‧‧‧第一層
16‧‧‧第二層
17‧‧‧發光層
18‧‧‧第一子層
19‧‧‧第二子層
20‧‧‧第三子層
21‧‧‧p接觸層
22‧‧‧第一導電元件
23‧‧‧第二導電元件
24至28‧‧‧步驟
29、30、33‧‧‧緩衝層
31‧‧‧第一緩衝子層
32‧‧‧第二緩衝子層
11‧‧‧過渡層
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24至28‧‧‧步驟
29、30、33‧‧‧緩衝層
31‧‧‧第一緩衝子層
32‧‧‧第二緩衝子層
藉由結合圖式對於本發明之實施例進行描述，可以更好地理解本發明，在圖式中：
第1圖係本發明設置有過渡層（Transition Layer）之發光裝置之一個實施例之示意圖。
第2及3圖係本發明第1圖中所示之過渡層的兩個實施例之示意圖。
第4圖係製造本發明發光裝置之一個實施例之流程示意圖。
第5圖係本發明設置有過渡層（Transition Layer）之發光裝置之另一個實施例之示意圖。
第6圖係本發明之設置有緩衝層之第1圖所示發光裝置之一個實施例之示意圖。
第7圖係本發明之設置有緩衝層之第5圖所示發光裝置之一個實施例之示意圖。
第8圖係本發明緩衝層之一個實施例之示意圖。
第9及10圖係本發明之發光裝置之其他實施例之示意圖。
第1圖係本發明設置有過渡層（Transition Layer）之發光裝置之一個實施例之示意圖。
第2及3圖係本發明第1圖中所示之過渡層的兩個實施例之示意圖。
第4圖係製造本發明發光裝置之一個實施例之流程示意圖。
第5圖係本發明設置有過渡層（Transition Layer）之發光裝置之另一個實施例之示意圖。
第6圖係本發明之設置有緩衝層之第1圖所示發光裝置之一個實施例之示意圖。
第7圖係本發明之設置有緩衝層之第5圖所示發光裝置之一個實施例之示意圖。
第8圖係本發明緩衝層之一個實施例之示意圖。
第9及10圖係本發明之發光裝置之其他實施例之示意圖。
以下將描述本發明之具體實施方式，需要指出的是，在這些實施方式之具體描述過程中，爲了進行簡明扼要之描述，本說明書不可能對實際之實施方式之所有特徵均作詳盡之描述。應當可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設計項目之過程中，爲了實現開發者之具體目標，爲了滿足系統相關之或者商業相關之限制，常常會做出各種各樣之具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發過程中所作出之努力可能是複雜並且冗長的，然而對於與本發明公開之內容相關之本領域的具通常知識者而言，在本公開揭露之技術內容之基礎上進行的一些設計，製造或者生産等變更只是常規之技術手段，不應當理解爲本公開之內容不充分。
除非另作定義，申請專利範圍和說明書中使用之技術術語或者科學術語應當爲本發明所屬技術領域內具有通常知識所理解之通常意義。本發明專利申請說明書以及申請專利範圍中使用之“第一”、“第二”以及類似之詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“一個”或者“一”等類似詞語並不表示數量限制，而是表示存在至少一個。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現在“包括”或者“包含”前面之元件或者物件涵蓋出現在“包括”或者“包含”後面列舉之元件或者物件及其等同元件，並不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語並非限定於物理的或者機械的連接，也不限於是直接的還是間接的連接。
第1圖所示爲本發明設置有過渡層11之發光裝置10之一個實施例之示意圖。如第1圖所示，發光裝置10包括基底結構12及設置在基底結構12上之半導體主體13。在非限定示例中，發光裝置10包括發光二極管。在本示例中，基底結構12包括基底14和過渡層11。半導體主體13設置在過渡層11上，其包括第一層15、第二層16及設置在第一層15和第二層16間之發光層（Active Layer）17。第一層15設置在過渡層11上，從而位於發光層17和過渡層11間。過渡層11設置於第一層15和基底14間。在本發明實施例中，“層”並不表示材料或成分之特定厚度。
在一些示例中，發光二極管之半導體主體13包括有半導體材料，其可在發光裝置10運行中產生光。在非限定示例中，第一層15可爲n型層（或稱爲n型半導體層），第二層16可爲p型層（或稱爲p型半導體層）。對於業界具通常知識者而言，n型層和p型層指的是在相應的層中占多數的載流子（Charge Carriers）。比如，在n型層中，占多數的載流子是電子；在p型層中，占多數的載流子爲空穴（沒有電子）。
在一個非限定示例中，第一層15爲n型氮化鎵（n-GaN）層；第二層16爲p型氮化鎵（p-GaN）層。發光層17包括有半導體材料，從而在該發光層17中，來自第一層15之電激勵電子與來自第二層16之空穴結合產生具有特定波長之光子而產生光。在一些實施例中，發光裝置10之發光層17可能包括一個雙異質結（Double Heterojunction）或一個量子阱(Quantum-Well，QW)結構或一個多量子阱(Multiple-Quantum-Well，MQW)結構。
在一定的應用中，發光層17也可不設置，這樣，第一層15直接與第二層16相連。在本發明實施例中，半導體主體13之結構僅是示意性的，在其他應用中，除過第一層15、第二層16和發光層17外，半導體主體13更可包括有其他合適的層。
基底14可用來支撐過渡層11和半導體主體13在其上形成。在一些應用中，基底14可包括，但不限於藍寶石（Sapphire）、矽（Silicon）、碳化矽(Silicon Carbide，SiC)、氧化鋅(Zinc Oxide，ZnO)、尖晶石(MgAl2
O4
)、氮化鎵，氮化鋁(Aluminum Nitride，AlN)、磷化鎵(Gallium Phosphide，GaP)、氧化鎂(Magnesium Oxide，MgO)、偏鋁酸鋰(Lithium Aluminate，LiAlO2
)、釹鎵氧化物(Neodymium Gallium Oxide，NdGaO3
)、鋁鎂酸鈧（ScAlMgO4
）、Ca8
La2
(PO4
)6
O2
或其組合。在一定的應用中，基底14可能包括藍寶石、矽或碳化矽。在一個示例中，基底14包括矽。
如前所述，在傳統之方法中，直接在基底14成長第一層15，比如n型氮化鎵層時可會產生瑕疵。這對於發光裝置之性能是不利的。如第1圖所示，過渡層11設置於基底14和第一層15間來促使第一層15在基底14上的成長。
在一些示例中，過渡層11可包括複數個子層（Sub-layers）。第2及3圖所示爲本發明發光裝置10之過渡層11之兩個實施例之示意圖。如第2圖所示，過渡層11包括有第一子層18和第二子層19。在本示例中，第一子層18直接設置在（或成長於）基底14上。第二子層19直接設置在第一子層18上，從而位於第一子層18和n型層15間。
在第3圖所示之實施例中，過渡層11包括第一子層18、第二子層19和第三子層20。相似的，第一子層18可直接設置在基底14上；第二子層19可直接設置（或成長）於第一子層18上；第三子層20可直接設置於第二子層19上。N型層15設置在第三子層20上，這樣第三子層20就設置在n型層15和第二子層19之間。第2及3圖所示之示例僅是示意性的，在一定的應用中，過渡層11可包括多個子層，比如三層或三層以上的子層。每一個子層也可進一步包括有一層或多層材料或成分。在第1圖至10圖所示之示例中，相同之標號可表示相同或相似的元件或組分。
在一些實施例中，過渡層11可包括IIIA族-過渡金屬氮化物（IIIA-Transition Metal Nitride），從而過渡層11也可稱爲IIIA族-過渡金屬氮化物層。在本發明實施例中，此處使用之“IIIA族-過渡金屬氮化物”可指包含有IIIA族金屬、過渡金屬和氮（Nitrogen，N）元素之化合物。在非限定示例中，IIIA族-過渡金屬氮化物可通過把IIIA族金屬形成于過渡金屬氮化物中，或者把過渡金屬形成於IIIA族金屬氮化物中來形成期望之IIIA族-過渡金屬氮化物。
在本發明示例中，IIIA族金屬可包括但不限於鋁（Aluminum，Al）、鎵（Gallium，Ga）、銦（Indium，In）、鉈（Thallium，Tl）或其組合。過渡金屬包括IIIB族到VB族金屬，其包括但不限於鈦（Titanium，Ti）、鋯（Zirconium，Zr）、鉿（Hafnium，Hf）、爐（Rutherfordium，Rf）或其組合。基於不同之應用，IIIA族金屬和過渡金屬可包括有任何合適之金屬材料。在一個非限定示例中，IIIA族金屬包括鎵或鋁，過渡金屬包括鉿或鋯。
在本發明示例中，第一子層18可包括有Hfx’’
Ga1-x’’
N，其中x” 值可處於從0到0.5之範圍內（包括0和0.5）。第二子層19可包括有{Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N}n
，其中x、x’、y、y’、z和z’中每一個之值均可處於從0到1之範圍內（包括0和1）；x+y+z=1；x’+y’+z’=1，且n爲整數，其數值可處於從0到60之範圍內（包括0和60）。在一些應用中，第二子層19可進一步包括有n個子層。基於不同之應用，第二子層19之n個子層中的每一層均可包括一層或多層由Hfx
Zry
AlzGa1-x-y-z
N及Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結合形成之結構。在其他示例中，第一子層18可包括化合物Hfx’’
Zry’’
Alz’’
Ga1-x’’-y’’-z’’
N，其中x”、y”和z” 值均處於從0到1之範圍內，且x”+y”+z”=1。
在一些示例中，過渡層11可進一步包括第三子層20，其可包括有化合物Hfx’’’
Zry’’’
Alz’’’
Ga1-x’’’-y’’’-z’’’
N，其中x’’’、y’’’和z’’’ 值均處於從0到1之範圍內，且x’’’+y’’’+z’’’=1。這樣，在非限定示例中，根據不同之應用，過渡層11之結構就爲：
Hfx’’’
Zry’’’
Alz’’’
Ga1-x’’’-y’’’-z’’’
N/{Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N}n
/Hfx’’
Ga1-x’’
N之結構，其中 x” 值均處於從0到0.5之範圍內，n值可處於從0到60之範圍內。
在一些應用中，第一子層18、第二子層19或第三子層20之成分或組成物是彼此不相同的。在一定的應用中，第一子層18、第二子層19或第三子層20之材料或組分可相互交換。比如，第一子層18可包括{Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N}n
；第二子層19可包括Hfx’’
Ga1-x’’
N。第三子層20可設置或不設置。
在本發明實施例中，字母x、x’、x’’、x’’’、y、y’、y’’、y’’’、z、z’、z’’及z’’’ 僅是用來表示相應之化合物中鉿、鎵、氮、鋁及鋯元素之含量，其字母本身並不對本發明實施例構成任何限制，且可被其他任何合適的符號代替或彼此相互替換來表示所對應之元素之含量。比如，盡管如上所述，第一子層18可包括化合物Hfx’’
Zry’’
Alz’’
Ga1-x’’-y’’-z’’
N，其中x’’、y’’和z’’ 值均處於從0到1之範圍內，且x’’+y’’+z’’=1；然而，第一子層18也可被定義爲包含化合物Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N，其中x’、y’和z’ 值均處於從0到1之範圍內，且x’+y’+z’=1，這種符號本身之變化不會對第一子層18之成分和含量構成任何限制或改變。
在一個非限定示例中，過渡層11包括化合物Hf1-x
Gax
N，其中x值大於0.97、0.9或等於0.995。在其他示例中，過渡層11可包括Hf1-x
Alx
N，其中x值小於0.01、0.17或等於0.05。在一定的應用中，每一個過渡層11之子層可包括有漸變成分（Grading Compositions），其表示每一個子層中的一個或多個元素之含量在該層中可以是逐漸變化的。比如，當過渡層11包括有化合物Hf1-x
Gax
N層時，其中x值可從0向0.03變化，或者從0.03向0變化。當過渡層11包括有化合物Hf1-x
Alx
N層時，x值可從0向0.17變化，或者從0.17向0變化。
這樣，由於在基底14上形成有過渡層11，基底結構12就形成有具有較高質量之單晶體結構（Single-Crystal Substrate），從而半導體主體13成長於基底結構12上來形成薄膜微腔發光裝置（Thin-film Micro-cavity Light Emitting Device）10。
與傳統之過渡金屬氮化物和IIIA族金屬氮化物相比較，本發明實施例中之IIIA族-過渡金屬氮化物具有更好之性能。比如，相較於氮化鉻（HfN）、氮化鋁（AlN）和氮化鎵（GaN）而言，Hfx’’
Al1-x’’
N或者Hfx’’
Ga1-x’’
N具有更好之結晶性能（Crystallinity）和導電性能。在一個示例中，由於包含有IIIA族-過渡金屬氮化物，HfN和GaHfN形成之HfN/GaHfN結構就比HfN和GaN形成之HfN/GaN具有更好之導電性能。IIIA族-過渡金屬氮化物可更好的提升發光裝置10之性能。
在本發明實施例中，HfN/GaHfN結構表示該結構可包括兩層結構，一層爲HfN層，另一層爲HfGaN層。相似的，{Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N}n
結構可表示該結構包括n層Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結構，其中，由於x、x’、y、y’、z和z’ 之取值不同，基於不同之應用，每一個Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結構可包括Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N層和Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N層中的一個或兩個。比如當n等於1時，{Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N}n
結構表示該結構包括有一層Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結構。當n等於2時，{Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N }n
結構表示該結構包括有兩層Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結構，其中，每一層Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結構均包括一個Hfx
Zry
Alz
Ga1-x-y-z
N/Hfx’
Zry’
Alz’
Ga1-x’-y’-z’
N結構。
在第1圖所示之示例中，發光裝置10可進一步包括有設置於第二層16上之p接觸層21，其可與第二層16間形成歐姆接觸（Ohmic Contact）。在一個非限定示例中，p接觸層21包括有銦錫氧化物（Indium Tin Oxide，ITO）。在一定的應用中，與過渡層11相似，p接觸層21也可包括IIIA族-過渡金屬氮化物。
此外，發光裝置10更包括有第一導電元件22和第二導電元件23。第一導電元件22可與p接觸層21導電性相連，第二導電元件23可與過渡層11導電性相連，其也可分被被定義爲p元件和n元件。在一些示例中，第一導電元件22和第二導電元件23可用來作爲電極端子來和電源（未圖示）相連。
在發光裝置10之運行過程中，第一層15和第二層16受到電激勵從而分別產生電子和空穴來進一步產生光。在一些應用中，第一導電元件22可包括金屬，該金屬包括但不限於鎳（Nickel，Ni）、金（Gold，Au）、銦錫氧化物或其組合。第二導電元件23包括有金屬，其包括但不限於鈦（Titanium，Ti）、鋁、鎳、金或其組合。在本示例中，第一導電元件22之架構是示意性的。在其他示例中，比如當第一導電元件22包括ITO時，第一導電元件22也可選擇性的設置在p接觸層21整個上表面（未標注）。
這樣，在形成發光裝置10之過程中，如第4圖所示，在步驟24中，先設置有基底14。在步驟25中，過渡層11形成於基底14上，從而在基底14上形成有IIIA族-過渡金屬氮化物層。不同之技術或製程方法可用來在基底14上成長過渡層11，其包括但不限於分子束外延（Molecular-beam Epitaxy，MBE）法、金屬有機氣象沉積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）法、化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）法、物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD）法和反應濺射（Reactive Sputtering）法。
在步驟26中，半導體主體13形成於過渡層11上。在形成半導體主體13之過程中，第一層15、發光層17或第二層16依次成長於過渡層11上。與過渡層11形成於基底14上相似，可採用不同之技術或製程方法來成長半導體主體13於過渡層11上。
在步驟27中，p接觸層21可與第二層16電性連接。在步驟28中，第一導電元件22和第二導電元件23分別與p接觸層21和過渡層電性連接。在本示例中，第二導電元件23與過渡層11之上表面（未標注）電性連接，該上表面靠近半導體主體13。在其他示例中，如第5圖所示，第二導電元件（或n元件）23與第一層（或n型層）15電性連接，從而與第一導電元件22相配合來激勵發光層17來產生期望的光。
在一些實施例中，由於III-V族金屬氮化物和過渡層（或稱爲IIIA族-過渡金屬氮化物層）11的過渡金屬氮化物具有相似之性能，比如晶格常數（Lattice Constant）和晶體結構（Crystalline Structure），過渡層11可較容易的與III-V族金屬氮化物和過渡金屬氮化物結合。在非限定示例中，III-V族金屬包括鋁（Aluminum，Al）、鎵（Gallium，Ga）、銦（Indium，In）、鉈（Thallium，Tl）或其組合。過渡金屬包括但不限於鈦（Titanium，Ti）、鋯（Zirconium，Zr）、鉿（Hafnium，Hf）、爐（Rutherfordium，Rf）或其組合。
第6圖所示爲第1圖中所示之發光裝置10之一個實施例之示意圖。如第6圖所示，該發光裝置10設置有緩衝層29。設置於基底結構12上之緩衝層29包括III-V族氮化物，這樣過渡層11可設置於緩衝層29和n型層15之間。在本實施例中，n型層15爲n-GaN層。這樣，由於過渡層（或稱爲IIIA族-過渡金屬氮化物層）11之存在，緩衝層（或稱爲III-V族氮化物層）29就可較容易的設置於過渡層11上，從而與基底14相接。第6圖與第1圖所示之實施例相似，二者之不同在於在第6圖中，緩衝層29設置於過渡層11和基底14間。在其他示例中，與第6圖中所示之緩衝層29相似，也可在第5圖所示之示例中設置有緩衝層30，就如第7圖所示。
在本實施例中，如第8圖所示，緩衝層29包括有一個或多個緩衝子層，比如第一緩衝子層31和第二緩衝子層32。在第8圖所示之示例中，第一緩衝子層31可與基底14相連，其可包括{Alx
Gay
In1-x-y
N/Alx’
Gay’
In1-x’-y’
N}n
物質，其中x、x’、y和y’ 值均處於從0到1之範圍內（包括0和1）； x+y=1；x’+y’=1；且n值可處於從0到60之範圍內（包括0和60）。{Alx
Gay
In1-x-y
N/Alx’
Gay’
In1-x’-y’
N}n
結構表示第一緩衝子層31可包括化合物Alx
Gay
In1-x-y
N層和Alx’
Gay’
In1-x’-y’
N層中之一或之二（或稱為其中的一個或兩個）。第二緩衝子層32可與第一緩衝子層31相連，且其可包括化合物Alx’’
Gay’’
In1-x’’-y’’
N，其中x”和y” 值均處於從0到1之範圍內（包括0和1）且x”+y”=1。
這樣，緩衝層29可具有:
Alx’’
Gay’’
In1-x’’-y’’
N/{Alx
Gay
In1-x-y
N/Alx’
Gay’
In1-x’-y’
N}n
結構。在一些示例中，第一緩衝子層31和第二緩衝子層32之成分可不相同。在一定的應用中，其組成物質可變換。比如，第一緩衝子層31包括化合物Alx’’
Gay’’
In1-x’’-y’’
N，而第二緩衝子層32可包括{Alx
Gay
In1-x-y
N/Alx’
Gay’
In1-x’-y’
N}n
物質。在非限定示例中，緩衝層29可包括氮化鋁（Aluminum Nitride，AlN）、氮化鎵（Gallium Nitride，GaN）或Alx
Ga1-x
N，其中x值處於從0到1之範圍內。
第9及10圖所示爲本發明發光裝置10之其他實施例之示意圖。第9圖所示之示例與第1圖中相似，二者之不同之處在於在第9圖中，第二導電元件23與基底14之底面（未標注）接觸。第10圖所示之示例與第9圖中之示例相似，二者不同之處在於在第10圖中，緩衝層33設置在過渡層11和基底14之間。緩衝層33可具有和第6圖中所示之緩衝層29相似之結構和材料組成。在一個非限定示例中，在第9及10圖之示例中，基底14爲矽基底。
在本發明之實施例中，發光裝置10設置有位於半導體主體13和基底14之間之過渡層11來提升發光裝置10之性能。在一定的應用中，過渡層11也可被作爲緩衝層。由於在基底14上成長有過渡層11，基底結構12就形成有具有較高質量之單晶體結構（Single-Crystal Substrate），半導體主體13成長於基底結構12上來形成薄膜微腔發光裝置（Thin-film Micro-cavity Light Emitting Device）10。
此外，過渡層（或稱爲IIIA族-過渡金屬氮化物層）11具有與III-V族金屬氮化物和該過渡層11中之過渡金屬氮化物相似之性能，比如晶格常數（Lattice Constant）和晶體結構（Crystalline Structure），過渡層11可較容易之與III-V族金屬氮化物和過渡金屬氮化物結合。比如基於其中IIIA族金屬含量之不同，IIIA族-過渡金屬氮化物，比如Hf(Zr)x
Ga(Al)1-x
N可在x小於0.5和x大於0.5的情況下分別與III-V族金屬氮化物和過渡金屬氮化物容易結合。與傳統之直接在基底14上成長半導體主體13之n-GaN層15比較，本發明實施例可避免或減輕n-GaN層破裂之問題，從而提高發光裝置10之質量和性能。
雖然結合特定之實施例對本發明進行了說明，但本領域之具通常知識者可以理解，對本發明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到申請專利範圍之意圖在於覆蓋在本發明真正構思和範圍內之所有這些修改和變型。
國內寄存資訊【請依寄存機構、日期、號碼順序註記】
無
國外寄存資訊【請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記】
無
無
國外寄存資訊【請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記】
無
無
10‧‧‧發光裝置
11‧‧‧過渡層
12‧‧‧基底結構
13‧‧‧半導體主體
14‧‧‧基底
15‧‧‧第一層
16‧‧‧第二層
17‧‧‧發光層
21‧‧‧p接觸層
22‧‧‧第一導電元件
23‧‧‧第二導電元件
Claims (28)
- 【第1項】一種發光裝置，包括：
基底；
半導體主體，其可用來產生光且包括設置於該基底上之n型層、設置於該n型層上之p型層及設置於該n型層和該p型層之間之發光層；
過渡層，其設置於該基底上且位於該n型層和該基底間，該過渡層包括複數個子層，該複數個子層中之每層均包含有與其他該子層不同之化合物且各該子層之化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素；及
p接觸層，其設置於該半導體主體之該p型層上。 - 【第2項】如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該IIIA族金屬包括鋁（Aluminum）、鎵（Gallium）、銦（Indium）、鉈（Thallium）或其組合，該過渡金屬包括鈦（Titanium）、鋯（Zirconium）、鉿（Hafnium）、爐（Rutherfordium）或其組合。
- 【第3項】如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其中該IIIA金屬包括鋁和鎵中之一或之二，該過渡金屬包括鉿和鋯中之一或之二。
- 【第4項】如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該過渡層包括有第一子層和第二子層，該第一子層包括化合物Hfx’’ Zry’’ Alz’’ Ga1-x’’-y’’-z’’ N，該第二子層包括{Hfx Zry Alz Ga1-x-y-z N/Hfx’ Zry’ Alz’ Ga1-x’-y’-z’ N}n 之化合物結構，x、x’、y、y’、z和z’中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x+y+z=1，x’+y’+z’=1，x’’+y’’+z’’=1，n爲整數，其數值處於從0到60之範圍內。
- 【第5項】如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該過渡層包括化合物Hf1-x Gax N或Hf1-x Alx N，當該過渡層包括Hf1-x Gax N時，x值大於0.97、0.9或等於0.995，當該過渡層包括Hf1-x AlxN時，x值小於0.01、0.17或等於0.05。
- 【第6項】如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中該過渡層進一步包括第三子層，該第三子層包括化合物Hfx’’’ Zry’’’ Alz’’’ Ga1-x’’’-y’’’-z’’’ N，x’’’、y’’’、和z’’’中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x’’’+y’’’+z’’’=1。
- 【第7項】如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其進一步包括設置於該過渡層和該基底間之緩衝層，該緩衝層包括有複數個緩衝子層，第一緩衝子層包括{Alx Gay In1-x-y N/Alx’ Gay’ In1-x’-y’ N}n 化合物結構，第二緩衝子層包括化合物Alx’’ Gay’’ In1-x’’-y’’ N，x、x’、x’’、y、y’和y’’ 中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x+y=1，x’+y’=1，x’’+y’’=1，n爲整數，其數值處於從0到60之範圍內。
- 【第8項】如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中該緩衝層包括氮化鋁、氮化鎵或Alx Ga1-x N，x值處於從0到1之範圍內。
- 【第9項】如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該過渡層之各該子層均包含有漸變成分，即該過渡層中之各該子層中的一個或多個元素之含量在該層中是可逐漸變化的。
- 【第10項】如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其進一步包括與該接觸層電性相連之第一導電元件和與該過渡層或該n型層電性相連之第二導電元件，該發光裝置包括利用電子和空穴結合湮滅而形成質子之電激勵過程中產生光之半導體光發射裝置。
- 【第11項】如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該n型層包括n型氮化鎵層，該p型層包括p型氮化鎵層，該基底包括藍寶石、矽或碳化矽。
- 【第12項】一種基底結構，包括
基底；及
過渡層，其設置於該基底上，該過渡層包括複數個子層，該複數個子層中之每層均包含有與其他該子層不同之化合物，且各該子層之化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素。 - 【第13項】如申請專利範圍第12項所述之基底結構，其中該IIIA金屬包括鋁和鎵中之一或之二，該過渡金屬包括鉿。
- 【第14項】如申請專利範圍第13項所述之基底結構，其中該過渡層包括有第一子層和第二子層，該第一子層包括化合物Hfx’’ Zry’’ Alz’’ Ga1-x’’-y’’-z’’ N，該第二子層包括{Hfx Zry Alz Ga1-x-y-z N/Hfx’ Zry’ Alz’ Ga1-x’-y’-z’ N}n 之化合物結構，x、x’、y、y’、z和z’中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x+y+z=1，x’+y’+z’=1，x’’+y’’+z’’=1，n爲整數，其數值處於從0到60之範圍內。
- 【第15項】如申請專利範圍第14項所述之基底結構，其中該過渡層包括化合物Hf1-x Gax N或Hf1-x Alx N，當該過渡層包括Hf1-x Gax N時，x值大於0.97、0.9或等於0.995，當該過渡層包括Hf1-x AlxN時，x值小於0.01、0.17或等於0.05。
- 【第16項】如申請專利範圍第14項所述之基底結構，其中該過渡層進一步包括第三子層，該第三子層包括化合物Hfx’’’ Zry’’’ Alz’’’ Ga1-x’’’-y’’’-z’’’ N，x’’’、y’’’、和z’’’ 中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x’’’+y’’’+z’’’=1。
- 【第17項】如申請專利範圍第12項所述之基底結構，其進一步包括設置於該過渡層和該基底間之緩衝層，該緩衝層包括有複數個緩衝子層，第一緩衝子層包括{Alx Gay In1-x-y N/Alx’ Gay’ In1-x’-y’ N}n 化合物結構，第二緩衝子層包括化合物Alx’’ Gay’’ In1-x’’-y’’ N，x、x’、x’’、y、y’和y’’ 中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x+y=1，x’+y’=1，x’’+y’’=1，n爲整數，其數值處於從0到60之範圍內。
- 【第18項】如申請專利範圍第17項所述之基底結構，其中該緩衝層包括氮化鋁、氮化鎵或Alx Ga1-x N，x值均處於從0到1之範圍內。
- 【第19項】如申請專利範圍第12項所述之基底結構，其中該過渡層之各該子層均包含有漸變成分，即該過渡層中之各該子層中的一個或多個元素之含量在該層中是可逐漸變化的。
- 【第20項】如申請專利範圍第12項所述之基底結構，其中該過渡層設置於該基底上且可在其上成長n型半導體層。
- 【第21項】一種製造發光裝置之方法，包括：
設置基底；
在該基底上成長過渡層，其中該過渡層包括複數個子層，該複數個子層中之每層均包含有與其他該子層不同之化合物，且各該子層之化合物均包括有IIIA族金屬、過渡金屬和氮元素；
在該過渡層上成長n型半導體層；
在該n型半導體層上成長發光層；
在該發光層上成長p型半導體層，其中該發光層設置於該n型半導體層和該p型半導體層之間；及
在該p型半導體層上形成有p接觸層及在該過渡層或該n型半導體層上形成有n型接觸層。 - 【第22項】如申請專利範圍第21項所述之方法，其進一步包括在該p接觸層上設置第一導電元件及在該過渡層或n型半導體層上設置第二導電元件。
- 【第23項】如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該IIIA金屬包括鋁和鎵中之一或之二，該過渡金屬包括鉿和鋯中之一或之二。
- 【第24項】如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該過渡層包括有第一子層和第二子層，該第一子層包括化合物Hfx’’ Zry’’ Alz’’ Ga1-x’’-y’’-z’’ N，該第二子層包括{Hfx Zry Alz Ga1-x-y-z N/Hfx’ Zry’ Alz’ Ga1-x’-y’-z’ N}n 之化合物結構，x、x’、y、y’、z和z’中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x+y+z=1，x’+y’+z’=1，x’’+y’’+z’’=1，n爲整數，其數值處於從0到60之範圍內。
- 【第25項】如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該過渡層進一步包括第三子層，該第三子層包括化合物Hfx’’’ Zry’’’ Alz’’’ Ga1-x’’’-y’’’-z’’’ N，x’’’、y’’’、和z’’’ 中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x’’’+y’’’+z’’’=1。
- 【第26項】如申請專利範圍第21項所述之方法，其進一步包括設置於該過渡層和該基底間之緩衝層，該緩衝層包括有複數個緩衝子層，第一緩衝子層包括{Alx Gay In1-x-y N/Alx’ Gay’ In1-x’-y’ N}n 化合物結構，第二緩衝子層包括化合物Alx’’ Gay’’ In1-x’’-y’’ N，x、x’、x’’、y、y’和y’’ 中每一個之值均處於從0到1之範圍內，x+y=1，x’+y’=1，x’’+y’’=1，n爲整數，其數值處於從0到60之範圍內。
- 【第27項】如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該緩衝層包括氮化鋁、氮化鎵或Alx Ga1-x N，x值均處於從0到1之範圍內。
- 【第28項】如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該過渡層之各該子層均包含有漸變成分，即該過渡層中之各該子層中的一個或多個元素的含量在該層中是可逐漸變化的。
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