[go: up one dir, main page]

CN1619852A - 半导体发光器件 - Google Patents

半导体发光器件 Download PDF

Info

Publication number
CN1619852A
CN1619852A CNA2004101023401A CN200410102340A CN1619852A CN 1619852 A CN1619852 A CN 1619852A CN A2004101023401 A CNA2004101023401 A CN A2004101023401A CN 200410102340 A CN200410102340 A CN 200410102340A CN 1619852 A CN1619852 A CN 1619852A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
aluminum
active region
quantum well
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2004101023401A
Other languages
English (en)
Inventor
S·胡迫尔
V·布斯快特
K·L·约翰逊
J·黑弗曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of CN1619852A publication Critical patent/CN1619852A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213—Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3407—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers characterised by special barrier layers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

在氮化物材料体系中制造的半导体发光器件，具有设置在衬底上(1)上的有源区(5)。有源区(5)包括形成有源区的最下层的第一含铝层(12)，形成有源区的最上层的第二含铝层(14)，和至少一个设置在第一含铝层(12)和第二含铝层(14)之间的InGaN量子阱层(13)。含铝层(12，14)在有源区(5)中提供了改善的载流子限制，从而增加了器件的输出光功率。本发明可以应用于发光二极管(11)或激光二极管。

Description

半导体发光器件
发明领域
本发明涉及一种半导体发光器件，并且具体地，涉及一种在氮化物材料体系，例如(Al，Ga，In)N材料体系中制造的半导体发光器件。本发明可以应用于例如，发光二极管(LED)或者激光二极管(LD)。
背景技术
(AL，Ga，In)N材料体系包括具有通式AlxGayIn1-x-yN的材料，其中0≤x≤1且0≤y≤1。在本申请中，将成分具有非零摩尔量的铝，镓和铟的(Al，Ga，In)N材料体系表示为AlGaInN；铝的摩尔量为零，但镓和铟的摩尔量非零的成员表示为InGaN；铟的摩尔量为零，但镓和铝的摩尔量非零的成员将被表示为AlGaN，等等。由于在该材料体系中制造器件能够发射位于蓝光光谱区的光，因此在(Al，Ga，In)N材料体系中制造半导体发光器件现在引起了广泛的兴趣。在例如US-A-5777350中描述了在(Al，Ga，In)N材料体系中制造的半导体发光器件。
图1是在(Al，Ga，In)N材料体系中制造的典型半导体激光器件(或者激光二极管“LD”)的示意图。
图1中的激光器件10生长在衬底1上。在图1的激光二极管10中，衬底1是蓝宝石衬底。依次将缓冲层2，第一覆盖层3和第一光波导层4生长在衬底1上。在图1的实施例中，缓冲层2是n型GaN层，第一覆盖层3是n型AlGaN层，并且第一光波导层4是n型GaN层。
有源区5生长在第一光波导层4上。
第二光波导层7、第二覆盖层8和帽层9依次生长在有源区5上。第二光波导层7和第二覆盖层8的导电类型与第一光波导层4和第一覆盖层3的相反；在图1的激光器件10中，第一光波导层4和第一覆盖层3是n型的，则第二光波导层7和第二覆盖层8是p型层。在图1的激光器件中，第二光波导层7是P型GaN层，第二覆盖层8是p型AlGaN层，且帽层9是p型GaN层。
图1未详细示出激光器件10的有源区5的结构。但一般而言，有源区5是单量子阱(SQW)有源区，该有源区具有一个设置在第一和第二阻挡层之间的量子阱层，或者是多量子阱(MQW)有源区，该有源区具有两个或者每个量子阱层都设置在两个阻挡层之间的两个或多个量子阱层。例如量子阱层可以是InGaN、AlGaN或者AlGaInN层。
现有技术的说明
在有源区5上直接设置薄的、掺杂的AlGaN层6是已知的。掺杂AlGaN层6使得其具有与第二光波导层7和第二覆盖区8相同的导电类型，因此在图1的器件中为p型掺杂。AlaN层6用作电子阻挡层，并防止电子从有源区5溢出。AlGaN层6也在生长工艺中保护有源区使之不受在第二光波导层7、第二覆盖层8、和帽层9的淀积中所用的高生长温度的影响。例如M.Hansen et al在“应用物理通讯”，vol.81，No.22，pp4275-4277(2002)中公开了这种薄的p掺杂的AlGaN层的制备。
WO02/03517公开了一种发光器件，其发光层包括第一和第二AlGaN层以及一个或多个量子阱层，该量子阱层位于第一AlGaN层和第二AlGaN层之间。如果提供两个或者多个量子阱层，则在每两个量子阱InGaN层之间提供AlGaN阻挡层。
US2001/0030317描述了一种在多量子阱有源区之上或者之下提供多层量子阱阻挡层，从提高对载流子的限制并使器件中的应力最小化。该文件没有具体涉及有源区的结构，但是所述的有源区包括至少两个具有AlGaN阻挡层的量子阱层，该阻挡层位于每两个相邻的量子阱层之间。
JP-A-1174622涉及一种具有有源区的氮化物半导体激光器，其中InGaN量子阱层和InGaN阻挡层交替地叠置。有源区不包括任何内部包含Al的层。有源区被夹在GaN光波导层之间，它们依次被夹在AlGaN覆盖层之间。
发明概述
本发明提供一种半导体发光器件，在氮化物材料体系中制造并且具有设置在衬底上的有源区，有源区包括：形成有源区最下层的第一含铝层；形成有源区最上层的第二含铝层；设置在第一含铝层和第二含铝层之间的至少一个InGaN量子阱层；和设置在第一含铝层和第二含铝层之间的至少一层不含铝的阻挡层。
如这里所用的，术语“不含铝”层指代不有意含有铝的层。
在有源层内提供AlGaN或AlGaInN层，作为有源区的最下层和最上层，已经发现能显著提高器件的光功率输出。
在这里所用的术语“最下”和“最上”分别表示有源区中离器件的衬底最近和最远的层。
第一含铝层可以是AlGaN或AlGaInN层，以及第二含铝层可以是AlGaN或AlGaInN层。
有源区可以包括设置在第一含铝层和至少一个InGaN量子阱层之间的第一不含铝阻挡层。它可以包括设置在至少一个InGaN量子阱层和第二含铝层之间的第二不含铝阻挡层。
有源区可以包括至少两个InGaN量子阱层，且每两个相邻InGaN量子阱层可以通过不含铝阻挡层分开。可选择的，有源区可以仅包括一个量子阱层。
该或每个阻挡层可以是InGaN层。
第一含铝层可以是AlxGa1-xN层，其中0＜x≤0.4。它可以具有不大于50nm的厚度，以及可以具有大约20nm的厚度。
第二含铝层可以是AlyGa1-yN层，其中0＜y≤0.4。它可以具有不大于15nm的厚度，以及可以具有大约5nm的厚度。
第一含铝层可以是不故意掺杂的。第二含铝层可以是不故意掺杂的，可选的，每个或者两个含铝层可以是故意掺杂的。
该或每个InGaN量子阱层可以是InzGa1-zN层，其中0＜z≤0.3。这里提供了具有发射波长为350-450nm波长范围的器件。特别的，本发明可以应用于具有发射波长在390nm到410nm范围内的器件。范围为390nm到410nm的发射波长在商业上是很重要的，因为用于蓝光数字化视频光盘(DVD)标准的激光器具有在这个范围的发射波长。
附图的简单描述
本发明的优选特征将参考如下的附图通过说明例子的方式描述，其中：
图1是在(Al，Ga，In)N体系中制造的半导体激光器的截面示意图；
图2(a)是根据本发明的LED的示意图；
图2(b)是根据本发明的激光二极管的示意图；
图3(a)和图3(b)示出了根据本发明的发光器件的光功率输出。
图4示出了在(Al，Ga，In)N体系中制造的传统半导体激光器件以及本发明的激光器件的光致发光光谱；和
图5(a)至5(d)示出了用于本发明的器件的可能的有源区。
在整个附图中同样的标记表示同样的构件。
优选实施例的详细描述
根据本发明，在氮化物材料体系中，例如(Al，Ga，In)N材料体系中制造的发光器件的有源区的最下和最上层是薄的含铝层，例如AlGaN或AlGaInN层。在本发明的优选实施例中，有源区中没有其他层特意含有铝。
设置在外部的含铝层之间的有源区的层包括一个或者多个量子阱(QW)层和一个或多个不含铝阻挡层。在有源区具有单个量子阱层的情况下，阻挡层可以设置在下面的含铝层和量子阱之间，和/或在上面的含铝层和量子阱层之间。也就是说，本发明的SQW区可以具有下面的任一结构：
(A1)含铝层
阻挡层
QW层
阻挡层
含铝层
或
(B1)含铝层
阻挡层
QW层
含铝层
或
含铝层
QW层
阻挡层
含铝层
在(A1)的情况下，含铝层都不作为阻挡层。在(B1)的情况下，只有下面的含铝层作为阻挡层，和在(C1)的情况下，只有上面的含铝层作为阻挡层。
在有源区具有两个或多个量子阱层的情况下，阻挡层被提供在每两个相邻的量子阱层之间。外部的含铝层可以再次作为阻挡层，或者阻挡层可以被提供在下面的含铝层和最下面的量子阱层之间和/或上面的含铝层和上面的量子阱层之间。也就是说，本发明的具有两个量子阱层的MQW有源区可以具有任何一个下面的结构：
(A2)含铝层
阻挡层
QW层
阻挡层
QW层
阻挡层
含铝层
或
(B2)含铝层
QW层
阻挡层
QW层
含铝层
或
(C2)含铝层
阻挡层
QW层
阻挡层
QW层
含铝层
或
(D2)含铝层
QW层
阻挡层
QW层
阻挡层
含铝层
相似的结构可存在于MQW具有三个或多个量子阱层的有源区
图(2a)是根据本发明的在(Al，Ga，In)N体系中制造的发光二极管的组合示意图。图2(a)的LED11包括衬底1，在该衬底上淀积了缓冲层2。在图2的LED中衬底1是蓝宝石衬底，缓冲层2是生长在衬底的(0001)面上的4um厚的n型GaN层。
用于产生光的有源区5设置在缓冲层2上。帽层9设置在有源区5上，并且在本例中帽层9是厚度为300nm的P型GaN层。
有源区5包括多个层。有源区5的最下层12和最上层14是含铝层，在这里例子中，是AlGaN层。有源区5的其他层均不特意的含有铝。
有源区5进一步包括位于有源区5的最下面的AlGaN层12和最上面的AlGaN层14之间的一个或者多个量子阱层。量子阱层在图2(a)中用13表示。如以上所述，如果有源区包括单个量子阱层，有源区可以具有如以上(A1)至(C1)中的任何一种结构。也就是说，最下面的AlGaN层12和最上面的AlGaN层可以用作量子阱层的阻挡层，或者将分开的阻挡层设置在下面的AlGaN层和量子阱层之间和/或上面的AlGaN层和量子阱层之间。
如果有源区包括两个或者多个量子阱层，将阻挡层设置在有源区中且在每两个相邻的量子阱层之间。上面的AlGaN层14可以用作最上面的量子阱层的上阻挡层，以及下面的AlGaN层12可以用作最下面的量子阱层的下阻挡层。可选则的，分开的阻挡层可以位于下面的AlGaN层12和最下面的量子阱层之间和/或上面的AlGaInN层和最上面的量子阱层之间。如果有源区仅包含两个量子阱层，它可以具有在以上的(A2)至(D2)中所示的结构的任何一个。如果有源区包含多于两个量子阱层，它可以具有在以上(A2)到(D2)中所示的结构的任何类似结构。
在图2(a)的LED中，上面的AlGaN层14优选为AlyGa1-yN层，其中0＜y≤0.4。上面的AlGaN层14的厚度优选在1nm到15nm之间的范围内，因为上面的AlGaN层14具有这样范围的厚度提供了提高了的光功率输出，将在图3(b)中示出。上面的AlGaN层14的厚度特别优选为大约5nm，如图2(a)所示，因为这提供了最大的光输出功率。
在图2(a)中的LED中，下面的AlGaN层优选为AlxGa1-xN层，其中0＜x≤0.4。下面的AlGaN层12的厚度优选在从1nm到50nm的范围内，因为具有在这个范围的厚度的下面的ALGaN层12提供了增加的光功率输出，将在图3(a)中示出。下面的AlGaN层12的厚度特别优选为大约20nm，如图2(a)所示，因为这提供了最大的光输出功率。
在图2(a)中的下面和上面的AlGaN层12，14的一个或者两个可以被特意的掺杂，或者层12，14两层都被故意掺杂。如果层被掺杂，下面的层优选掺杂为具有与缓冲层2(在这个例中为n型)相同的导电类型，以及上面的层优选被掺杂为具有与帽层9(在这个例子中为P型)相同的导电类型。
在图2(a)的LED中，有源区5的该量子阱层，或每个量子阱层优选为InGaN层，并且特别优选为InzGa1-zN层，其中0＜z≤0.3。在有源区具有两个或更多个量子阱层的器件中，中间阻挡层优选为InGaN层(具有与量子阱层的In摩尔不同的In摩尔分数)或GaN层。(“中间”阻挡层指位于有源区的两个相邻的量子阱层之间的阻挡层或位于含铝层和量子阱层之间的阻挡层)。
图2(b)说明了根据本发明的半导体激光器件。图2(b)的激光器件15在(Al，Ga，In)N体系中制造。
激光器件15生长在衬底1上。在图1中衬底1是蓝宝石。按照缓冲层2、第一覆盖层3和第一光波导层4的顺序在衬底1的(0001)面上生长。在图2(b)的实施例中，缓冲层2是4um厚度的n型GaN层，第一覆盖层3是0.5um厚的n型AlGaN层，以及第一光波导层4是100nm厚的n型GaN层。
有源区5生长在第一光波导层4上。
第二光波导层7、第二覆盖层8和帽层9依次生长在有源区5上。第二光波导层7和第二覆盖层8具有与第一光波导层4和第一覆盖层3相反的导电类型。在图2(b)的激光二极管15中，第二光波导层7是100nm厚的p型GaN层，第二覆盖层8是0.5um厚的p型AlGaN层，以及帽层9是300nm厚的p型GaN层。
器件15的有源区5包括多个层。有源区5的最下面的层12和最上面的层14是含铝层，在本例中，为AlGaN层。有源区5的其他层均没有故意地包含铝。
有源区5还包括一个或多个量子阱层，它们位于有源区5的最下面的AlGaN层12和最上面的AlGaN层14之间。量子阱层在图2(a)中用13表示。
图2(b)的激光器件的有源区5可以是用于图2(a)LED的上述结构的任意一个。图2(b)的激光器的有源区5的层的成分、厚度和掺杂优选与上述用于图2(a)的LED的相同。
具有如图2(b)所示的通用结构的激光器，或具有图2(a)所示通用结构的LED，能够发出从380nm到450nm的紫蓝波长范围内的光，并且特别的能够发出波长在390nm到410nm的光。
图5(a)到5(d)是用作本发明的器件的一些可能的有源区的示意图。
图5(a)所示的有源区5具有第一AlGaN层12作为其最下面的层，并具有第二层AlGaN层14作为其最上面的层。单量子阱层16，例如InGaN层，设置在第一AlGaN层12和第二AlGaN层14之间。第一阻挡层15设置在第一AlGaN层12和量子阱层16之间，且第二阻挡层17设置在第二AlGaN层14和量子阱层16之间。例如阻挡层可以是InGaN或GaN层。由此，图5(a)的有源区相应于上述的“A1”结构。
图5(a)的有源区可以应用于图2(a)所示的LED结构中，或图2(b)所示的激光二极管结构中。第一阻挡层15、量子阱层16和第二阻挡层17一起构成了在图2(a)或2(b)中用13表示的层。
图5(b)中所示的有源区大体与图5(a)中所示的有源区相对应，只是图5(a)中的第一阻挡层15在图5(b)中的有源区中不存在。在图5(b)的有源区中量子阱层16与下面的AlGaN层12直接相邻。图5(b)的有源区与上述的结构“B1”相对应。
图5(c)中所示的有源区大体与图5(a)中所示的有源区相对应，只是图5(a)中的第二阻挡层17在图5(c)中的有源区中不存在。在图5(c)的有源区中量子阱层16与上面的AlGaN层14直接相邻。图5(b)的有源区与上述的结构“C1”相对应。
图5(d)示出了包含多于一个量子阱层的有源区。图5(d)所示的有源区5具有第一AlGaN层作为其最下面的层，并具有第二AlGaN层14作为其最上面的层。两个量子阱层16、16’设置在第一AlGaN层12和第二AlGaN层14之间。第一阻挡层15设置在第一AlGaN层12和第一量子阱层16之间，第二阻挡层17设置在第二AlGaN层14和第二量子阱层16’之间。另一阻挡层15’设置在第一量子阱层16和第二量子阱层16’之间。图5(d)的有源区因而与上述的结构”A2”相应。
图5(b)到5(d)的有源区可以如图2(a)中所示的LED结构或者如图2(b)所示的激光二极管结构中。阻挡层15、15’、17和量子阱层16、16’一起构成了在图2(a)或图2(b)中用13示意地表示。该或每个量子阱层16，16’可以是InGaN层，该或每个阻挡层15，15’，17可以是InGaN或GaN层。
图3(a)说明从本发明的LED得到的在任意单元中的光输出功率，该LED具有有源区，在该有源区中最下面的和最上面的层是o层。图3(a)示出了随着有源区的下面的AlGaN层12的厚度而变化的输出光功率，包括其中下面的AlGaN层不存在的结构中的数据点(这是在零厚度处的数据点)。这些结果利用上面的AlGaN层14具有2.5nm的厚度的有源区而得到。
可以看出，如果下面的AlGaN层具有在约1nm到约50nm的范围内的厚度，与其中有源区的最下面的层不是含铝层的器件的光学输出功率相比，能得到提高的光输出功率。最大的输出光功率在有源区中的下面的层AlGaN层12具有大约20-25nm的厚度时得到。提供下面的AlGaN层12能以高于10的因数提高器件的输出光功率。
图3(b)说明从本发明的LED得到的在任意单元中的光输出功率，该LED具有有源区，在该有源区中最下面的和最上面的层是AlGaN层。图3(b)示出了有源区的上面的AlGaN层14的厚度变化时的输出光功率。这些结果在有源区的下面AlGaN层12具有20nm的厚度时而得到。图3(b)的纵坐标与图3(a)的纵坐标相同。
很清楚，与有源区的最上层不是含铝层的器件相比，如果上面的AlGaN层具有在约1nm到约15nm的范围内的厚度，能够得到增加的光输出功率。当有源区中的上AlGaN层14具有大约5-8nm的厚度时，能得到最大输出光功率。提供上面的AlGaN层14可以再一次充分的提高器件的输出光功率。虽然在图3(b)中在上面的AlGaN层的零厚度处没有数据点，但是在有源区不具有上面的AlGaN层14的LED的输出功率应该小于0.1au。
在本发明的发光器件中，上面和下面的AlGaN层14，12形成了器件的有源区的一部分。如果该层影响电流密度和/或器件发出的光的波长用于特殊的工作条件(例如特殊的驱动电流和温度)，该层构成了发光器件的有源层的一部分。上面和下面的AlGaN层12，14确实形成了有源层的一部分，这能够从图4中看出来。
图4示出了作为两个有源区的在任意单元的发光光谱。有源区没有嵌入完整的器件中，但是淀积在GaN衬底上以便能够进行光致发光测量。
一个有源区是本发明的有源区，有源区的最上层和最下层为含铝层，在这里为AlGaN层。另一个有源区是传统的有源区，有源区的最上层和最下层是GaN层。除了有源区的最上层和最下层的区别，这两个有源区是相同的。
在图4中，轨迹(a)是具有GaN层作为最上层和最下层的传统有源区的光致发光谱，以及轨迹(b)是具有AlGaN层作为最上层和最下层的本发明的有源区的光致发光谱。可以看出，在轨迹(b)中光致发光的强度在约400nm波长处的峰值(该峰值与有源区的本征发光波长相对应)达到最大值，该最大值比轨迹(a)中在该波长处的最大光致发光强度的峰值约大3倍。具有AlGaN层作为最上层的有源区的提高的PL效率证实AlGaN层是有源区的构成部分。AlGaN层在有源区中提供了更有效的载流子限制。相反，在图1中的传统激光器件10的AlGaN电子阻挡层6没有形成激光器件10的有源区5的一部分。
图中在约360nm处的峰值表示从底层的GaN衬底的光致发光。可以看到，该光致发光峰值相对传统的有源区具有比本发明的有源区更高的强度。这是因为许多载流子从传统的有源区逃逸到底层的衬底中，导致衬底的高的光致发光强度。相反，本发明的有源区提供了更好的载流子限制，使得较少的载流子能够逃逸到底层衬底，从而底层衬底的光致发光强度被相应的减小。
本发明的发光器件可以利用任何合适的半导体生长技术制造，例如MBE(分子束外延)或MOVPE(金属有机气相外延)。如果器件利用MBE生长，可以运用在UK专利申请No.0219728.3中描述的技术。
在生长过程中，如果在AlGaN层12、14生长后立即在高于它们的生长温度的更高温度下退火将会更好。如果用这种生长方法，缓冲层2和下面的含铝层12(在图2(a)的LED的情况下)或者缓冲层2、下面的覆盖层3、下面的光学波导区4和下面的含铝层12(在图2(b)的激光器的情况下)最开始生长。然后停止材料的淀积，提高生长室中的温度以便将下面的含铝层12在大于其生长温度的退火温度下退火。
一旦阻挡层15被退火后，恢复材料的淀积，生长量子阱层13和上面的含铝层14以完成有源区5。然后停止材料的淀积，并提高生长室的温度以便将下面的含铝层14在大于其生长温度的退火温度下退火。然后生长LED结构或者激光器结构的剩下部分。
在联合未决的(co-pending)UK专利申请No.0325099.0中该生长过程和其优点被更加详细的描述。
在上述的实施例中，有源区的最下面和最上面，含铝层12、14是AlGaN层。本发明不限于此，并且有源区的最下面和最上面的含铝层12、14可以是选择为AlGaInN层。

Claims (16)

1.一种在氮化物材料体系中制造的发光器件，包括衬底和在衬底上设置的有源区；
其中有源区包括：形成有源区的最下层的第一含铝层；形成有源区的最上层的第二含铝层；至少一个InGaN量子阱层；和至少一个不含铝的阻挡层；
且其中至少一个InGaN量子阱层设置在第一含铝层和第二含铝层之间；且所述至少一个不含铝的阻挡层设置在第一含铝层和第二含铝层之间。
2.如权利要求1所述的器件，其中第一含铝层是由从AlGaN和AlGaInN组成的组中选择的一种材料形成的层。
3.如权利要求1所述的器件，其中第二含铝层是从由AlGaN和AlGaInN组成的组中选择的一种材料形成的层。
4.如权利要求1所述的器件，其中有源区包括设置在第一含铝层和所述至少一个InGaN量子阱层之间的第一不含铝阻挡层。
5.如权利要求1所述的器件，其中有源区包括设置在至少一个InGaN量子阱层和第二含铝层之间的第二不含铝阻挡层。
6.如权利要求1所述的器件，其中有源区包括至少两个InGaN量子阱层，且其中每两个相邻的InGaN量子阱层被各自的不含铝的阻挡层分开。
7.如权利要求1所述的器件，其中该或每个阻挡层是InGaN层。
8.如权利要求1所述的器件，其中第一含铝层是AlxGa1-xN层，其中0＜x≤0.4。
9.如权利要求1所述的器件，其中第一含铝层具有不大于50nm的厚度。
10.如权利要求9所述的器件，其中第一含铝层具有约20nm的厚度。
11.如权利要求1所述的器件，其中第二含铝层是AlyGa1-yN层，其中0＜y≤0.4。
12.如权利要求1所述的器件，其中第二含铝层具有不大于15nm的厚度。
13.如权利要求12所述的器件，其中第二含铝层具有约5nm的厚度。
14.如权利要求1所述的器件，其中第一含铝层不特意掺杂。
15.如权利要求1所述的器件，其中第二含铝层不特意掺杂。
16.如权利要求1所述的器件，其中该或每个InGaN量子阱层是InzGa1-zN层，其中0＜z≤0.3。
CNA2004101023401A 2003-10-28 2004-10-28 半导体发光器件 Pending CN1619852A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0325100A GB2407702A (en) 2003-10-28 2003-10-28 A semiconductor light-emitting device
GB0325100.6 2003-10-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1619852A true CN1619852A (zh) 2005-05-25

Family

ID=29725480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2004101023401A Pending CN1619852A (zh) 2003-10-28 2004-10-28 半导体发光器件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7375367B2 (zh)
JP (1) JP2005136407A (zh)
KR (1) KR100618504B1 (zh)
CN (1) CN1619852A (zh)
GB (1) GB2407702A (zh)
TW (1) TWI277221B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7663138B2 (en) 2006-05-12 2010-02-16 Hitachi Cable, Ltd. Nitride semiconductor light emitting element
CN101188267B (zh) * 2006-10-18 2010-06-23 索尼株式会社 发光装置及其制造方法
TWI393269B (zh) * 2008-06-17 2013-04-11 Epistar Corp 發光元件
CN101527341B (zh) * 2008-03-07 2013-04-24 展晶科技(深圳)有限公司 三族氮化合物半导体发光二极管
CN101621096B (zh) * 2008-06-30 2013-07-24 晶元光电股份有限公司 发光元件
CN115377259A (zh) * 2022-10-26 2022-11-22 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116454179A (zh) * 2023-06-14 2023-07-18 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2407701A (en) 2003-10-28 2005-05-04 Sharp Kk Manufacture of a semiconductor light-emitting device
US7417258B2 (en) * 2005-04-28 2008-08-26 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor light-emitting device, and a method of manufacture of a semiconductor device
DE102006060025A1 (de) * 2006-12-19 2008-06-26 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Schweißhilfe für eine Glühwendel
GB2456756A (en) 2008-01-16 2009-07-29 Sharp Kk AlInGaN Light-Emitting devices
JP2009288145A (ja) * 2008-05-30 2009-12-10 Fujitsu Ltd 薄膜密着強度の評価方法および評価装置
US20100019222A1 (en) * 2008-07-25 2010-01-28 High Power Opto.Inc. Low-temperature led chip metal bonding layer
US8362461B2 (en) * 2008-12-12 2013-01-29 Alcatel Lucent Quantum well device
EP2341558B1 (en) * 2009-12-30 2019-04-24 IMEC vzw Method of manufacturing a semiconductor device
US9263642B2 (en) * 2010-09-30 2016-02-16 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. III nitride semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
CN103137807A (zh) * 2013-02-22 2013-06-05 中国科学院半导体研究所 具有应力释放层的绿光led外延结构及制作方法
CN113169255B (zh) * 2018-12-14 2025-05-16 同和电子科技有限公司 Iii族氮化物半导体发光元件及其制造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5903017A (en) * 1996-02-26 1999-05-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Compound semiconductor device formed of nitrogen-containing gallium compound such as GaN, AlGaN or InGaN
US5834331A (en) * 1996-10-17 1998-11-10 Northwestern University Method for making III-Nitride laser and detection device
JPH1168158A (ja) * 1997-08-20 1999-03-09 Sanyo Electric Co Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体装置
JP3311275B2 (ja) * 1997-08-29 2002-08-05 株式会社東芝 窒化物系半導体発光素子
US6015979A (en) * 1997-08-29 2000-01-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride-based semiconductor element and method for manufacturing the same
JPH11243251A (ja) * 1998-02-26 1999-09-07 Toshiba Corp 半導体レーザ装置
JP2000196194A (ja) * 1998-12-25 2000-07-14 Sanyo Electric Co Ltd 半導体発光素子
JP2000332290A (ja) 1999-05-20 2000-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体素子およびその製造方法
TW412874B (en) 1999-09-07 2000-11-21 Epistar Corp Structure of light emitting diode
CA2394083C (en) * 1999-12-10 2011-10-04 Vn-Instrument I/S Method and apparatus for measuring accumulated and instant rate of material loss or material gain
KR100425341B1 (ko) * 2000-02-08 2004-03-31 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광 소자
JP3636976B2 (ja) * 2000-03-17 2005-04-06 日本電気株式会社 窒化物半導体素子およびその製造方法
JP2002084000A (ja) * 2000-07-03 2002-03-22 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
JP2002076522A (ja) * 2000-09-01 2002-03-15 Nec Corp 窒化物半導体レーザ
US6906352B2 (en) * 2001-01-16 2005-06-14 Cree, Inc. Group III nitride LED with undoped cladding layer and multiple quantum well
US6645885B2 (en) * 2001-09-27 2003-11-11 The National University Of Singapore Forming indium nitride (InN) and indium gallium nitride (InGaN) quantum dots grown by metal-organic-vapor-phase-epitaxy (MOCVD)
US6833564B2 (en) * 2001-11-02 2004-12-21 Lumileds Lighting U.S., Llc Indium gallium nitride separate confinement heterostructure light emitting devices
SG115549A1 (en) * 2002-07-08 2005-10-28 Sumitomo Chemical Co Epitaxial substrate for compound semiconductor light emitting device, method for producing the same and light emitting device

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7663138B2 (en) 2006-05-12 2010-02-16 Hitachi Cable, Ltd. Nitride semiconductor light emitting element
CN101188267B (zh) * 2006-10-18 2010-06-23 索尼株式会社 发光装置及其制造方法
CN101527341B (zh) * 2008-03-07 2013-04-24 展晶科技(深圳)有限公司 三族氮化合物半导体发光二极管
TWI393269B (zh) * 2008-06-17 2013-04-11 Epistar Corp 發光元件
US8492787B2 (en) 2008-06-17 2013-07-23 Epistar Corporation Light-emitting device
CN101621096B (zh) * 2008-06-30 2013-07-24 晶元光电股份有限公司 发光元件
CN103325897A (zh) * 2008-06-30 2013-09-25 晶元光电股份有限公司 发光元件
CN103325897B (zh) * 2008-06-30 2016-03-02 晶元光电股份有限公司 发光元件
CN115377259A (zh) * 2022-10-26 2022-11-22 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116454179A (zh) * 2023-06-14 2023-07-18 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管
CN116454179B (zh) * 2023-06-14 2023-08-25 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

Also Published As

Publication number Publication date
TW200527714A (en) 2005-08-16
US7375367B2 (en) 2008-05-20
KR20050040796A (ko) 2005-05-03
GB0325100D0 (en) 2003-12-03
KR100618504B1 (ko) 2006-08-31
GB2407702A (en) 2005-05-04
US20050116215A1 (en) 2005-06-02
JP2005136407A (ja) 2005-05-26
TWI277221B (en) 2007-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1224113C (zh) 半导体发光元件
CN1252883C (zh) 氮化镓系列化合物半导体元件
CN1619852A (zh) 半导体发光器件
CN1208849C (zh) 制造半导体发光装置的方法及其制造的半导体发光装置
CN1269229C (zh) 半导体发光器件及其制造方法
CN1203598C (zh) 氮化物半导体激光器
CN1245789C (zh) 具有隔离层的GaN系列表面发射激光二极管及其制造方法
CN1870312A (zh) 制造发光二极管的方法
CN1484864A (zh) 发光装置
CN1604409A (zh) 半导体发光元件
CN107004743B (zh) 半导体发光元件
HK1045909A1 (zh) 發光元件
CN1941437A (zh) 氮化镓基半导体发光二极管及其制造方法
CN1698215A (zh) 氮化镓系发光器件
CN1741294A (zh) 半导体发光器件和制造半导体发光器件的方法
CN107078188B (zh) 半导体发光元件
CN1641900A (zh) 半导体发光元件
CN1487606A (zh) 氮化物系半导体发光元件
CN1941438A (zh) 半导体发光元件及其制造方法
CN1147010C (zh) 自钝化非平面结三族氮化物半导体器件及其制造方法
CN1638159A (zh) 半导体器件的制造
CN1949606A (zh) 氮化物半导体发光器件及其制造方法
CN1681173A (zh) 半导体发光元件及其制备方法
JP2010040838A (ja) 発光装置
JP6616126B2 (ja) 窒化物半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication