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TW201411878A - 光學裝置及照明設備 - Google Patents

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TW201411878A
TW201411878A TW102133142A TW102133142A TW201411878A TW 201411878 A TW201411878 A TW 201411878A TW 102133142 A TW102133142 A TW 102133142A TW 102133142 A TW102133142 A TW 102133142A TW 201411878 A TW201411878 A TW 201411878A
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林弘偉
林忠寶
夏興國
郭浩中
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台積固態照明股份有限公司
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Abstract

本發明是納入一種照明設備，其包含：n摻雜半導體化合物層；p摻雜半導體化合物層，以一間隔與n摻雜半導體化合物層分離；以及多重量子井，置於n摻雜半導體化合物層與p摻雜半導體化合物層之間。多重量子井具有複數個交錯的第一層與第二層。多重量子井的第一層具有實質上均勻的厚度。多重量子井的第二層具有漸變的厚度，漸變的厚度是與p摻雜半導體化合物層的距離相關。位於最鄰近p摻雜半導體化合物層的第二層的子集是被摻雜p型摻雜物並具有漸變的摻雜濃度準位，漸變的摻雜濃度準位是隨著與p摻雜半導體化合物層的距離而變化。

Description

光學裝置及照明設備
本發明是關於III-V族化合物裝置，特別是關於改善例如氮化鎵(GaN)裝置等地III-V族化合物裝置的效率與衰減率(droop rate)。
近年來，半導體工業已歷經快速的成長。在半導體材料及設計的技術上的進步已製造出用於不同目的的各種形式的裝置。這些裝置的某些形式的製造會需要在一基底上形成一或多層的III-V族化合物層，例如在一基底上形成一氮化鎵層。使用III-V族化合物的裝置可包含發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置、雷射二極體(laser diode；LD)裝置、射頻(radio frequency；RF)裝置、高電子遷移率電晶體(high-electron mobility transistor；HEMT)裝置及/或高功率半導體裝置。這些裝置的某一些例如發光二極體裝置與雷射二極體裝置，是包含一量子井的形成，此量子井具有多對的活性層與阻障層。當電壓施加時，上述量子井就會產生光線。然而，傳統的發光二極體裝置與雷射二極體裝置所具有的量子井是具有較差的電子-電洞再結合(electron-hole recombination)，藉此導致發光二極體裝置與雷射二極體裝置之輸出功率的減少與大幅度的效率衰減。
因此，儘管現有的發光二極體裝置與雷射二極體裝置總體而言已大致可滿足其設計上的目的，但仍無法完全在各方面令人滿意。業界仍持續尋求具有較佳的電子-電洞再結合的發光二極體裝置與雷射二極體裝置。
有鑑於此，本發明的一實施例是提供一種光學裝置，包含：一n型III-V族層、一p型III-V族層以及一量子井。上述n型III-V族層是置於一基底的上方，上述p型III-V族層是置於上述n型III-V族層的上方，上述量子井是置於上述n型III-V族層與上述p型III-V族層之間。上述量子井包含複數個活性層與複數個阻障層，上述阻障層是插入上述活性層之間。上述活性層具有實質上均勻的厚度。每個上述阻障層的厚度是其相對於上述p型III-V族層的位置的函數。
在上述的光學裝置中，較好為：上述阻障層中，位於距離上述p型III-V族層較遠位置者的厚度是大於或等於位於距離上述p型III-V族層較近位置者的厚度。
在上述的光學裝置中，相鄰的上述阻障層之間的厚度差異較好是在約5%至約15%的範圍內。
在上述的光學裝置中，較好為：上述n型III-V族層包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)；上述p型III-V族層包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述活性層包含氮化銦鎵(InGaN)；以及上述阻障層包含氮化鎵(GaN)。
在上述的光學裝置中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED) 以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
在上述的光學裝置中，較好為：上述光學裝置包含一照明模組，上述照明模組具有複數個晶片；以及上述n型III-V族層、上述p型III-V族層以及上述量子井是被安裝在每個上述晶片中。
在上述的光學裝置中，較好為：上述阻障層的一子集(subset)是被摻雜n型摻雜物。
在上述的光學裝置中，上述阻障層的上述子集較好為包含至少三個最接近上述p型III-V族層的阻障層。
在上述的光學裝置中，較好為：上述子集內的每個阻障層分別具有一摻雜濃度準位，此摻雜濃度準位是對應的阻障層相對於上述p型III-V族層的位置的函數。
在上述的光學裝置中，上述函數較好是：上述子集內的上述阻障層的摻雜濃度準位，是隨者上述阻障層與上述p型III-V族層的距離的減少而增加。
本發明的另一實施例是提供一種光學裝置，包含：一n型III-V族層、一p型III-V族層以及一量子井。上述n型III-V族層是置於一基底的上方，上述p型III-V族層是置於上述n型III-V族層的上方，上述量子井是置於上述n型III-V族層與上述p型III-V族層之間。上述量子井包含複數個活性層與複數個阻障層，上述阻障層是插入上述活性層之間。上述量子井中的至少一些的上述阻障層是被摻雜p型摻雜物。被摻雜的上述阻障層的摻雜濃度，是隨著被摻雜的上述阻障層與上述p型III-V族層的距離的減少而增加。
在上述的光學裝置中，被摻雜的上述阻障層較好為包含距離上述p型III-V族層最短距離的至少三個阻障層。
在上述的光學裝置中，較好為：上述活性層具有實質上均勻的厚度；以及上述阻障層隨著其愈接近上述p型III-V族層而變得愈薄。
在上述的光學裝置中，較好為：上述n型III-V族層包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)；上述p型III-V族層包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述活性層包含氮化銦鎵(InGaN)；以及上述阻障層包含氮化鎵(GaN)。
在上述的光學裝置中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
在上述的光學裝置中，較好為：上述光學裝置包含一照明器具，上述照明器具的光源包含一或複數個發光晶片；以及上述n型III-V族層、上述p型III-V族層以及上述量子井是被安裝在上述一或複數個發光晶片的每個中。
本發明的又另一實施例是提供一種照明設備，包含：一n摻雜半導體化合物層、以一間隔與上述n摻雜半導體化合物層分離的一p摻雜半導體化合物層以及一多重量子井(multiple-quantum-well；MQW)。上述多重量子井是置於上述n摻雜半導體化合物層與上述p摻雜半導體化合物層之間，上述多重量子井具有複數個交錯的第一層與第二層。上述多重量子井的上述第一層具有實質上均勻的厚度。上述多重量子井的上述第二層具有漸變的厚度，上述漸變的厚度是與上述p摻雜半 導體化合物層的距離相關。位於最鄰近上述p摻雜半導體化合物層的上述第二層的一子集是被摻雜p型摻雜物並具有漸變的摻雜濃度準位，上述漸變的摻雜濃度準位是隨著與上述p摻雜半導體化合物層的距離而變化。
在上述的照明設備中，較好為：上述n摻雜半導體化合物層包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)；上述p摻雜半導體化合物層包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述多重量子井的該些第一層包含氮化銦鎵(InGaN)；以及上述多重量子井的該些第二層包含氮化鎵(GaN)。
在上述的照明設備中，較好為：上述第二層隨著其愈接近上述p摻雜半導體化合物層而變得愈薄；以及上述子集內的被摻雜的上述第二層的摻雜濃度準位，是隨者被摻雜的上述第二層與上述p摻雜半導體化合物層的距離的減少而增加。
在上述的照明設備中，較好為：上述照明設備是具有一發光二極體(light-emitting diode；LED)或一雷射二極體(laser diode；LD)作為其光源的一照明模組；以及上述n摻雜半導體化合物層、上述p摻雜半導體化合物層以及上述多重量子井是位於上述發光二極體或上述雷射二極體中。
30‧‧‧水平式發光二極體
40‧‧‧基底
50‧‧‧非摻雜半導體層
60‧‧‧摻雜半導體層
70‧‧‧預應變層
80‧‧‧多重量子井層
81、82、83、84、85、86、87‧‧‧阻障層
91、92、93、94、95、96‧‧‧活性層
100‧‧‧電子阻擋層
110‧‧‧摻雜半導體層
120‧‧‧導電接觸層
130‧‧‧金屬接點
131‧‧‧金屬接點
150‧‧‧垂直式發光二極體
160‧‧‧底座
200、201、202‧‧‧數據組
300‧‧‧照明器具
320‧‧‧基板
350‧‧‧散射器蓋
360‧‧‧空間
370‧‧‧反射結構
380‧‧‧散熱結構
390‧‧‧鰭片
400‧‧‧照明模組
410‧‧‧基座
420‧‧‧本體
430‧‧‧燈具
440‧‧‧光束
500‧‧‧雷射二極體
510‧‧‧基底
520‧‧‧III-V族化合物層
530‧‧‧III-V族化合物層
540‧‧‧III-V族化合物磊晶層
550‧‧‧氮化鋁層或氮化鋁鎵層
560‧‧‧III-V族化合物磊晶層
570‧‧‧n摻雜III-V族化合物層
580‧‧‧其他層
590‧‧‧電子阻擋層
600‧‧‧導引層
610‧‧‧披覆層
620‧‧‧p摻雜III-V族化合物層
700‧‧‧方法
710、720、730‧‧‧步驟
第1圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第2圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的 一例示的發光二極體的結構的剖面。
第3圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的一例示的發光二極體的結構的剖面。
第4A-4D圖是一系列的圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第5A-5D圖是一系列的圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第6圖是一圖表，顯示根據本發明各種面向的實驗數據。
第7圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的例示的發光二極體照明設備的片段的剖面。
第8圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的例示的照明模組，其包含第7圖的發光二極體照明設備。
第9圖是示意性的一剖面圖，顯示根據本發明各種面向的例示的雷射二極體(laser diode；LD)結構的片段的剖面。
第10圖是一流程圖，顯示根據本發明各種面向的為了一發光二極體或一雷射二極體製造一多重量子井的方法。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：要瞭解的是本說明書以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵。以下將配合所附圖式詳述本發明之實施例，其中同樣或類似的元件將盡可能以相同的元件符號表示。在圖式中可能誇大實施例的形狀與厚 度以便清楚表面本發明之特徵。而本說明書以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化發明的說明。當然，這些特定的範例並非用以限定本發明。例如，若是本說明書以下的揭露內容敘述了將一第一特徵形成於一第一特徵之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與上述第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，本說明書以下的揭露內容可能在各個範例中使用重複的元件符號，以使說明內容更加簡化、明確，但是重複的元件符號本身並未指示不同的實施例及/或結構之間的關係。
隨著半導體製造技術的持續進步，III-V族化合物已用於製造不同的裝置，例如發光二極體(light-emitting diode；LED)裝置、雷射二極體(laser diode；LD)裝置、射頻(radio frequency；RF)裝置、高電子遷移率電晶體(high-electron mobility transistor；HEMT)裝置以及高功率半導體裝置。一'III-V族化合物是具備含有來自元素週期表的「III」族的一元素與來自元素週期表的「V」族的另一種元素。例如III族元素可包含硼、鋁、鎵、銦以及鉈；V族元素可包含氮、磷、砷、銻以及鉍。
這些III-V族化合物半導體裝置例如發光二極體與雷射二極體，具有一量子井用來發出輻射線例如在可見光頻譜中的不同顏色的光線、不可見光頻譜中的紫外線波長或紅外線波長等等。與傳統的光源(例如白熾燈泡(incandescent light bulb)) 比較，發光二極體與雷射二極體提供例如較小尺寸、較低能耗、較長壽命、可取得顏色的多樣化以及較佳的耐久性與可靠度等的優點。這些優點再加上在發光二極體與雷射二極體的製造技術方面的進步而使發光二極體與雷射二極體更加便宜並更加耐用，在近年來使發光二極體與雷射二極體的普及程度持續增加。
然而，現有的發光二極體與雷射二極體仍具有一些缺點。其中一項缺點是現有的發光二極體與雷射二極體所使用的量子井可能具有較差的電子-電洞再結合(electron-hole recombination)，藉此導致發光二極體裝置與雷射二極體裝置之輸出功率的減少與大幅度的效率衰減。
根據本案發明的各種面向的實施例，下文敘述的是一種光學裝置，其具有的量子井具有已改善的電子-電洞再結合，以增加現有的發光二極體裝置與雷射二極體裝置之輸出功率，並減少現有的發光二極體與雷射二極體的效率衰減。在某些實施例中，上述光學裝置包含一水平式發光二極體；在某些實施例中，上述光學裝置包含一垂直式發光二極體。第1-3圖是一系列的示意性的剖面側視圖，顯示在各個製造階段的發光二極體的一部分。第1-3圖已被簡化，以便更容易地瞭解本實施例欲呈現的發明概念。
請參考第1圖，其繪示一水平式發光二極體30。水平式發光二極體30具有一基底40，此基底40是一晶圓的一部分。在某些實施例中，基底40包含一藍寶石材料；在其他實施例中，基底40可包含一碳化矽材料或一矽材料。基底40所具有 的厚度可在約50微米(μm)~約1000μm的範圍內。在某些實施例中，一低溫緩衝膜可形成於基底40的上方。為了簡化的理由，在此處並未繪示此低溫緩衝膜。
在基底40的上方，形成一非摻雜半導體層50。此非摻雜半導體層50是不具任何的p型摻雜物或n型摻雜物。在某些實施例中，非摻雜半導體層50是包含一化合物，此化合物是含有來自元素週期表的「III」族的一元素與來自元素週期表的「V」族的另一種元素。在圖示的實施例中，非摻雜半導體層50是包含一非摻雜的氮化鎵(GaN)材料。
此非摻雜半導體層50亦可作為基底40與即將形成於此非摻雜半導體層50的上方的各層之間的一緩衝層(例如用來減少應力)。為了有效率地執行其身為一緩衝層的功能，此非摻雜半導體層50具有較少的差排缺陷與較佳的晶格品質。在這樣的實施例中，非摻雜半導體層50所具有的厚度是在約1μm~約5μm的範圍內。
在非摻雜半導體層50的上方，是形成一摻雜半導體層60。摻雜半導體層60的形成，是藉由在本技術領域已知的一磊晶成長製程。在圖示的實施例中，摻雜半導體層60是被摻雜有一n型摻雜物例如碳(C)或矽(Si)；在替代性的實施例中，摻雜半導體層60可被摻雜有一p型摻雜物例如鎂(Mg)。摻雜半導體層60具有一III-V族化合物，在本實施例中，此III-V族化合物是氮化鎵。因此，此摻雜半導體層60亦可稱之為一摻雜的氮化鎵層。在某些實施例中，摻雜半導體層60所具有的厚度是在約2μm~約6μm的範圍內。
一預應變層(pre-strained layer)70是形成在摻雜半導體層60上。此預應變層70是被摻雜一n型摻雜物，例如矽。此預應變層70可用來釋放應變並減少一量子侷限史塔克效應(quantum-confined Stark effect；QCSE)，此量子侷限史塔克效應指的是一外加電場作用於形成於其上的一量子井(例如後文討論的多重量子井層80)的吸收光譜。在某些實施例中，預應變層70可具有一超晶格(super-lattice)結構。例如，上述超晶格結構可包含InxGa1-xN(其中x大於0但小於0.2)與GaN層。預應變層70所具有的厚度可在約30奈米(nm)~約200nm的範圍內。
一多重量子井層(multiple-quantum well；MQW)80是形成於預應變層70的上方。多重量子井層80包含交互(或週期性)排列之活性層與阻障層(亦可稱之為「子層」)。上述活性層包含氮化銦鎵(InGaN)，而上述阻障層包含氮化鎵(GaN)。為了提供一範例，繪示於第1圖的7個阻障層81-87與6個活性層91-96是作為一例示的多重量子井層80。阻障層81-87與活性層91-96是以交錯的形式設置。在後文中，會更詳盡地敘述阻障層81-87與活性層91-96的各種面向。
一電子阻擋層100可視需求形成於多重量子井層80的上方。電子阻擋層100會幫助將電子-電洞載體侷限在多重量子井層80的範圍內作再結合，而可改善多重量子井層90的量子效率並減少在不希望的頻寬中的輻射。在某些實施例中，電子阻擋層100可包含一摻雜的氮化鋁鎵(AlGaN)材料，而摻雜物可包含例如鎂等的p型摻雜物。電子阻擋層100所具有的厚度可在約15nm~約30nm的範圍內。
一摻雜半導體層110可形成於電子阻擋層100的上方(因此而在多重量子井層80的上方)。摻雜半導體層110的形成是藉由本技術領域中習知的一磊晶成長製程。在某些實施例中，用於摻雜此摻雜半導體層110的摻雜物的導電形式是與摻雜半導體層60的摻雜物的導電形式相反(或不同)。因此，在本實施例中，摻雜半導體層60是被摻雜n型的摻雜物，則摻雜半導體層110是被摻雜p型的摻雜物。摻雜半導體層110包含一III-V族化合物，在繪示的實施例中為氮化鎵化合物。因此，亦可將摻雜半導體層110稱為一摻雜的氮化鎵層。在某些實施例中，摻雜半導體層110所具有的厚度可以在約150nm-約200nm的範圍內。
藉由將多重量子井層80置於摻雜半導體層60與摻雜半導體層110之間，成為水平式發光二極體30的一核心部分。當一電壓(或電荷)施加於水平式發光二極體30的各摻雜層時，多重量子井層80會發射出例如光線等的輻射線。多重量子井層80所發出的光線的顏色是對應於輻射線的波長。此輻射線可以是例如為藍光等的可見光、或是例如紫外光(UV光)等的不可見光。可藉由改變用來建構多重量子井層80的材料的成分與結構，而改變多重量子井層80所發出光線的波長(以及此波長對應的光線的顏色)。
如以上討論，現有的多重量子井可能會具有不充分的電子-電洞再結合率。因此，現存的發光二極體提供的輸出功率可能會較低，並且也可能會有大幅度的效率衰減。為了克服現存的發光二極體這些惱人的問題，本案發明的水平式發 光二極體30是將漸變厚度(例如第1圖所示的垂直尺寸)應用於多重量子井層80中的阻障層81-87。更詳細來說，活性層91-96是具有實質上常數或均勻的厚度。亦即，活性層91-96的個別厚度彼此比較，不會有太大變化。在某些實施例中，活性層91-96的厚度是在約2nm~約3.5nm的範圍內。另一方面，根據本案發明的各種面向，阻障層81-87所具有的厚度是其個別與p摻雜半導體層110(或是與電子阻擋層100)的距離的函數。愈靠近p摻雜半導體層110的阻障層81-87，其厚度就變得愈薄。因此，阻障層81是多重量子井層80中最厚的阻障層，因為其是位於離p摻雜半導體層110最遠之處；而阻障層82則比阻障層81還薄，因為阻障層82比阻障層81還靠近p摻雜半導體層110；依此類推。阻障層87是多重量子井層80中最薄的阻障層。
在某些實施例中，阻障層81-87的厚度是在5%-15%的範圍內變化。換句話說，阻障層82是比阻障層81還薄約5%-15%，阻障層83是比阻障層82還薄約5%-15%，依此類推。例如阻障層81-87的厚度可分別為12nm、11nm、10nm、9nm、8nm、7nm與6nm。當然，根據其他實施例中的設計需求與製造上的顧慮，亦可為阻障層81-87選擇其他厚度。
亦要瞭解的是，阻障層81-87的厚度並不盡然必須隨著阻障層的靠近p摻雜半導體層110而減少。在某些實施例中，可期望二個或更多相鄰的阻障層的厚度可維持彼此之間相同，只要整個趨勢是愈靠近p摻雜半導體層110的阻障層愈薄即可。
用於阻障層81-87的漸變厚度改善了電洞注入率 (hole injection rate)，藉此改善了電子-電洞再結合率。更詳細而言，載子濃度的衰退是距離的函數。在電洞的情況，其濃度在p摻雜半導體層110附近為最大，而在n摻雜半導體層60附近為最低。電洞濃度的衰退可成指數性的衰退，也就是從p摻雜半導體層110起算，隨著遠離p摻雜半導體層110，電洞濃度的衰退會巨幅加速。因此，在傳統的發光二極體的情況，電洞無法容易地移動(也就是低移動度(low mobility))，特別是在高電流的條件下。這樣會導致大幅度的效率衰減。
根據本案發明，阻障層81-87具有從n摻雜半導體層60到p摻雜半導體層110而遞減的厚度。用於阻障層81-87的這樣的厚度漸變形式是意味著現在電洞可以更容易地從p摻雜半導體層110移動到n摻雜半導體層60。因此，與傳統的發光二極體裝置比較，多重量子井層80的實質上的每一層都具有一已得到改善的電洞濃度(以及一較佳的電洞注入率)。在多重量子井層80中的電洞移動度與電洞濃度的改善，會得到較佳的電子-電洞再結合率，其減少效率衰減並增加光線的輸出。
除了具有漸變的阻障層厚度之外，本案發明的多重量子井層80亦具有用於阻障層81-87的至少一子集(subset)的漸變摻雜濃度，以進一步加強電子-電洞再結合。更詳細而言，位於最靠近p摻雜半導體層110的阻障層81-87的一子集是被摻雜有例如鎂(Mg)等的一p型摻雜物。選擇要被摻雜的阻障層的數量，包含一折衷分析。一方面，對阻障層施以摻雜會使電洞在多重量子井層80中進一步散開，藉此改善電洞的注入率。這顯示被摻雜的阻障層的數量愈多，電子-電洞再結合率 將會愈好。
另一方面，對阻障層施以摻雜會傷害多重量子井層80中的活性層91-96，而會相反地降低多重量子井層80的品質。因此，選擇被摻雜的阻障層的一理想數量是很重要的，這樣才能在對活性層的損傷仍是極低的情況下，實質上改善電洞注入率。在某些實施例中，在具有六對或更多對的活性層/阻障層的情況，被摻雜的阻障層的子集數量至少為三。因此，在圖示的實施例中。阻障層85、86、87(就距離而言最接近p摻雜半導體層110)是被摻雜例如鎂等的p型摻雜物。
根據本案發明的各個面向，被摻雜的阻障層85、86、87亦具有漸變的摻雜濃度準位，其為其各自距p摻雜半導體層110的距離的函數。距離p摻雜半導體層110愈近的阻障層，其摻雜濃度準位就愈高。因此，在三個被摻雜的阻障層85、86、87中，阻障層87具有最大的摻雜濃度準位，阻障層86所具有的摻雜濃度準位是低於阻障層87的摻雜濃度準位，而阻障層85則具有最低的摻雜濃度準位。在某些實施例中，用於被摻雜的阻障層87、86、85的摻雜濃度準位是分別為5×1017個離子/立方公分(ions/cm3)、4×1017個離子/立方公分、3×1017個離子/立方公分。
至少部分歸因於用於阻障層81-87的漸變厚度、以及歸因於阻障層81-87之具有摻雜濃度準位的子集，與傳統的多重量子井層比較，此處討論的多重量子井層80具有已得到改善的電子-電洞再結合，特別是在高電流的條件之下。因此，困擾著傳統的發光二極體的衰減的議題，可藉由水平式發光二 極體30得到實質上的減輕，並且亦可增加水平式發光二極體30的光輸出。
可進行附加的步驟來完成水平式發光二極體30的製造。例如，請參考第2圖，可在摻雜半導體層110的上方形成一導電接觸層120。藉由蝕刻將摻雜半導體層60的一部分移除而暴露出摻雜半導體層60的一部分。然後，可將金屬接點130、131分別形成於曝露的摻雜半導體層60的表面上與導電接觸層120的表面上。金屬接點130、131的形成是藉由一或多道的沉積與圖形化製程。金屬接點130、131可使電流分別通至摻雜半導體層60與摻雜半導體層110。
如前述第1-2圖所示之具有改良的多重量子井層80的水平式發光二極體30，是屬於水平式的發光二極體。同樣地，亦可納入改良的多重量子井層80來製造一垂直式的發光二極體。例如，第3圖是繪示此一垂直式發光二極體150的一例。基於一致性與明確性的理由，垂直式與水平式的發光二極體中的類似構件是被標以相同的元件符號。
請參考第3圖，垂直式發光二極體150具有一底座(submount)160。在圖示的實施例中，底座160是包含一金屬材料。在其他的實施例中，底座160可包含一矽基板。在另外其他的實施例中，底座160可包含一金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board；MCPCB)、一導線架(lead frame)或一陶瓷材料。摻雜半導體層110是置於底座160上。在本實施例中顯示，摻雜半導體層110是包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)。電子阻擋層100是置於摻雜半導體層110上，多重量子井層80則置 於電子阻擋層100上，而預應變層70是置於多重量子井層80上，摻雜半導體層60是置於預應變層70上。在本實施例中顯示，摻雜半導體層60是包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)。金屬接點131是置於導電接觸層120上。經由金屬接點131與底座160，可得到通至垂直式發光二極體150的各摻雜層的導電通路。
為了完成水平式發光二極體30或垂直式發光二極體150的製造，亦可執行附加的製程例如切割、封裝與測試製程，但為了簡潔，這些製程均未繪示於圖式中。
第4A-4D、5A-5D、6圖包含一系列的圖表，顯示例示的實驗數據，以幫助呈現前文討論的多重量子井層80所提供的改善。第4A-4D圖是位置(沿著發光二極體)相關的電洞濃度的圖表。換句話說，第4A-4D圖的橫軸是代表沿著發光二極體的位置(例如跨過第1-3圖中的發光二極體的垂直位置)，而第4A-4D圖的縱軸是代表電洞濃度。第4A-4D圖的每個圖是對應於不同的電流密度，分別是以下的電流密度：20A/cm2、35A/cm2、70A/cm2以及100A/cm2。第4A-4D圖的每個圖亦包含三個數據組：用於試樣A的數據組200，在試樣A中，阻障層厚度是常數(類似於傳統的裝置，在此處作為對照的數據組，在本例中，對應於第1-3圖所示結構，使阻障層81-87的厚度均為10nm)；用於試樣B的數據組201，在試樣B中，阻障層厚度是漸變的，但漸變的形式與本案發明所揭示的形式相反(例如愈接近p摻雜半導體層的阻障層的厚度變得愈厚，在本例中，對應於第1-3圖所示結構，使阻障層81-87的厚度分別為6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm與12nm)；以及用於試樣C的數 據組202，在試樣C中，阻障層厚度是漸變的，其漸變形式是按照本案發明的實施例的形式，也就是對應於第1-3圖所示結構，使阻障層81-87的厚度分別為12nm、11nm、10nm、9nm、8nm、7nm與6nm。
如同第4A-4D圖所顯示，數據組202(本案發明的一實施例)沿著X軸延伸到的位置遠多於數據組200或數據組201。這表示本案發明的多重量子井層的電洞濃度有非常大程度的散開，而傳統發光二極體裝置中的電洞濃度則傾向於聚集在一個小區域，也就是在p摻雜半導體層附近的小區域。上述呈現的事實情況與電流濃度無關，即使電流密度從第4A圖增加到第4D圖，數據組202的電洞濃度沿著X軸延伸到的位置遠多於數據組200或數據組201之情況仍然相同。因此，繪示於第4A-4D圖的實驗結果確認，相較於傳統的發光二極體裝置，本案發明的多重量子井層是為發光二極體裝置提供較佳的電洞注入率。
第5A-5D圖是顯示與位置(沿著發光二極體)相關的載子再結合分布(carrier recombination distribution)的實驗結果。與第4A-4D圖相似，第5A-5D圖是聯合不同的電流密度。此外，如前文討論的第4A-4D圖中的數據組200、201、202是標示於第5A-5D圖。而且如同用於電洞濃度(如第4A-4D圖所示)的情況，第5A-5D圖中所示的載子再結合分布的圖表顯示數據組202(也就是代表本案發明的一實施例的數據組)延伸到發光二極體的較多區域，而不會大部分集中在p摻雜半導體層的附近。換句話說，第5A-5D圖是顯示本案發明的載子再結合比起 傳統的發光二極體裝置具有已改善的分布，可得到較高的輸出功率。
第6圖是量子效率對電流密度的圖表，以繪示藉由本案發明提供的衰減率的改善。更詳細而言，第6圖的X軸是代表電流密度，而第6圖的Y軸是代表量子效率。再一次說明，示於第6圖中的是數據組200(試樣A，其中阻障層厚度是常數)、數據組201(試樣B，其中阻障層厚度是漸變的，但漸變的形式與本案發明所揭示的形式相反)、數據組202(試樣C，其中阻障層厚度是漸變的，其漸變形式是按照本案發明的實施例的形式)。關於數據組200與201，可看到隨著電流密度開始增加，量子效率達到峰值後開始下降。這稱為衰減或衰減率。圖中顯示的衰減愈大，此發光二極體裝置的效能愈差。作為比較，在數據組202中，隨著電流增加的量子效率的下降是遠小於數據組200、201的情況，這意味著本案發明提供了衰減率的重大改善(也就是較小的衰減)。因此，藉由本案發明可以得到效能上的強化。
要瞭解的是第4A-4D、5A-5D、6圖所示僅為例示的實驗結果。其他的實驗結果可能會相較於第4A-4D、5A-5D、6圖所示者而有些許的變化，但其並未偏離本案發明的精神與範圍。
前述具有改良的多重量子井層的水平式發光二極體30可裝配成為一照明設備的一部分。例如，水平式發光二極體30可裝配成為一應用發光二極體的照明器具300，此照明器具300的一簡化的剖面圖是示於第7圖。第7圖所示之應用發光 二極體的照明器具300的實施例包含複數個發光二極體晶片。在其他實施例中，照明器具300可包含一單一的發光二極體晶片。
如前文討論，上述發光二極體晶片包含一n摻雜III-V族化合物層、一p摻雜III-V族化合物層以及在上述n摻雜III-V族化合物層與上述p摻雜III-V族化合物層之間的一多重量子井層。上述多重量子井層在其阻障層具有漸變厚度及/或在接近上述p摻雜III-V族化合物層的摻雜阻障層的子集具有漸變的摻雜濃度準位。由於在多重量子井層的這些改善，相較於傳統的發光二極體晶片，上述發光二極體晶片提供較低的衰減與較佳的光輸出效能。
在某些實施例中，每個水平式發光二極體30的晶片上，都具有塗覆於其上的螢光體層(phosphor layer)。上述螢光體層可包含磷光性(phosphorescent)的材料及/或螢光性(fluorescent)的材料。上述螢光體層可使用一濃縮的黏滯流體介質(concentrated viscous fluid medium)(例如為液膠(liquid glue))而塗覆於水平式發光二極體30的晶片的表面上。當上述濃縮的黏滯流體介質凝結(set)或固化，螢光體材料就變為發光二極體封裝體的一部分。在實際的發光二極體應用中，上述螢光體層可用來轉換水平式發光二極體30的晶片所發出光線的顏色。例如，上述螢光體層可將水平式發光二極體30的晶片所發出的藍光轉換成一不同波長的光線。藉由改變螢光體層的材料成分，可達成所指定的使水平式發光二極體30的晶片發出的光線顏色。
接下來將水平式發光二極體30的晶片安裝在一基板320上。在某些實施例中，基板320包含一金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board；MCPCB)。上述金屬核心印刷電路板包含一金屬基材，此金屬基材可以由鋁(或是鋁合金)製造。上述金屬核心印刷電路板亦包含置於上述金屬基材上的導熱但電性絕緣的一介電層。金屬核心印刷電路板亦可包含一銅製的薄金屬層，此銅製的薄金屬層是置於上述介電層上。在取代上述實施例的其他實施例中，基板320可包含其他適當的導熱結構。基板320可包含、亦可不包含主動式的電路系統，並亦可用來建立互聯。在某些實施例中，基板320包含一導線架、一陶瓷基板或一矽基板。
照明器具300包含一散射器蓋(diffuser cap)350。散射器蓋350是用來為其下方的水平式發光二極體30的晶片提供一覆蓋物。換句話說，水平式發光二極體30的晶片是被散射器蓋350與基板320一起密封。在某些實施例中，散射器蓋350具有一曲線形狀的表面或輪廓。在某些實施例中，上述曲線形狀的表面可實質上按照一半圓形的外廓，因此水平式發光二極體30的晶片所發出的每一道光線可以以實質上直角的入射角(例如含90度角的一些角度範圍)到達散射器蓋350的表面。散射器蓋350的曲線形狀對於水平式發光二極體30的晶片所發出光線的全內反射(Total Internal Reflection；TIR)的減少有幫助。
散射器蓋350可具有一織紋形狀的(textured)表面。例如，此織紋形狀表面可被粗糙化、或可包含複數個小圖形例如多邊形或圓形的小圖形。這些織紋形狀的表面有助於水 平式發光二極體30的晶片所發出光線的散射，以使光線的擴散更均勻。在某些實施例中，散射器蓋350是被塗覆包含不同散射粒子的一散射層。
在某些實施例中，是以空氣填入水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350之間的一空間360；在其他實施例中，可以以一光學等級的聚矽氧類(silicone-based)的黏著劑材料(亦稱之為光學膠(optical gel))填入散射器蓋350。在上述實施例中，可將螢光體粒子混入上述光學膠中，以使水平式發光二極體30的晶片所發出的光線進一步散射。
雖然圖示的實施例是顯示所有的水平式發光二極體30的晶片是被密封於一單一的散射器蓋350內，要瞭解的是在其他實施例中可使用複數個散射器蓋350。例如每個水平式發光二極體30的晶片可被分別密封於複數個散射器蓋350的一個中。
照明器具300亦可視需求包含一反射結構370，可將此反射結構370安裝於基板320上。在某些實施例中，反射結構370的形狀可與一杯子類似，因此亦可將其稱為一反射杯。從一俯視來看，反射結構370是以360度包圍或環繞水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350。從上述俯視圖來看，反射結構370可具有一圓形的輪廓、一蜂巢狀六角形的輪廓或是包圍散射器蓋350之其他適當的胞狀輪廓。在某些實施例中，水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350是位於反射結構370的底部的附近。換句話說，反射結構370的頂部或上部開口是位於水平式發光二極體30的晶片與散射器蓋350之上或上方。
反射結構370的作用是將行經方向為離開散射器蓋350的光線予以反射。在某些實施例中，是在反射結構370的內表面塗覆一反射膜，例如為鋁、銀或上述之合金。要瞭解的是在某些實施例中，反射結構370的側壁的表面可以是織紋形狀的表面，其形式是類似於散射器蓋350的織紋形狀的表面。因此，反射結構370可用來將水平式發光二極體30的晶片所發出的光線予以進一步散射，而減少照明器具300的輸出光線的眩光(glare)，並使光線的輸出對於人眼更加親和。在某些實施例中，反射結構370的側壁具有一傾斜或漸細的輪廓。反射結構370的傾斜或漸細的輪廓會強化反射結構370的光線反射效率。
照明器具300具有一散熱結構380，亦可稱之為散熱器(heat sink)380。散熱器380是經由基板320而導熱性地耦接於水平式發光二極體30的晶片(在操作過程中會產熱)。換句話說，散熱器380是貼合於基板320或是基板320是位於散熱器380的一表面。散熱器380的設置，是用來將熱量散逸至週遭的大氣中。散熱器380包含一導熱性材料，例如為一金屬材料。散熱器380的形狀及幾何配置是被設計來為與其親近的燈具提供一架構，並同時將熱量從水平式發光二極體30的晶片散出或導出。為了強化熱量的傳播，散熱器380可具有複數個鰭片390，這些鰭片390是從散熱器380的一本體向外突出。這些鰭片390具有曝露於週遭大氣的實質的表面區域，以供熱量的傳播。
第8圖是顯示一照明模組400的一簡化的示意圖， 照明模組400是包含前文討論的照明器具300的某些實施例。照明模組400具有一基座410、一本體420與一燈具430，其中本體420是貼合於基座410，而燈具430是貼合於本體420。在某些實施例中，燈具430是一筒燈(down lamp)(或是一向下照明的照明模組)。燈具430包含前文參考第7圖討論的照明器具300。燈具430是可以有效率地投射出光束440。此外，相較於傳統的白熾燈(incandescent lamp)，燈具430可提供較佳的耐久性與更長的使用壽命。
雖然前文討論的多重量子井的改善是使用發光二極體作為一例來顯示，但相似的多重量子井層亦可安裝於雷射二極體(laser diodes；LD)。第9圖是繪示一簡化的剖面圖，顯示根據本案發明各種面向的一雷射二極體500的一實施例的剖面側視圖。
雷射二極體500是包含一基底510，在本實施例所示的基底510是一矽基底。一III-V族化合物層520是形成於基底510的上方。在某些實施例中，III-V族化合物層520包含氮化鋁(AlN)。另一個III-V族化合物層530則形成於III-V族化合物層520的上方。在某些實施例中，III-V族化合物層530是包含複數個子層，例如為複數個氮化鋁鎵(AlGaN)子層。這些子層的厚度以及這些子層的鋁含量，可隨著位於愈上方的子層(例如距離基底510愈遠的子層)而增加。
然後，在III-V族化合物層530的上方形成一III-V族化合物磊晶層540。在某些實施例中，III-V族化合物磊晶層540可包含氮化鎵(GaN)。其後，在III-V族化合物磊晶層540的 上方形成一氮化鋁(AlN)層或氮化鋁鎵(AlGaN)層550。然後，在氮化鋁層或氮化鋁鎵層550的上方，形成另一個III-V族化合物磊晶層560。
然後，在III-V族化合物磊晶層560的上方形成一n摻雜III-V族化合物層570。在某些實施例中，n摻雜III-V族化合物層570包含n型摻雜的GaN。在n摻雜III-V族化合物層570的上方可形成複數個其他層580，這些其他層580例如包含一n摻雜InGaN層、包含n摻雜InAlGaN的一披覆層(cladding layer)、以及包含n摻雜InGaN的一導引層(guiding layer)。
其後，可在其他層580的上方(並在n摻雜III-V族化合物層570的上方)形成例如第1圖所示的多重量子井層80等的一多重量子井層。如前文討論，上述多重量子井層包含交錯的複數個阻障層與複數個活性層，其中上述阻障層具有漸變厚度，且其中上述阻障層的一子集是被摻雜且具有漸變的摻雜濃度。
在多重量子井層80的上方形成一電子阻擋層590。在某些實施例中，電子阻擋層590包含p摻雜InAlGaN。其後，在電子阻擋層590的上方形成一導引層600。在某些實施例中，導引層600是包含一p摻雜InGaN。然後，在導引層600的上方形成一披覆層610。在某些實施例中，披覆層610包含一p摻雜InAlGaN。然後，在披覆層610的上方形成一p摻雜III-V族化合物層620。在某些實施例中，p摻雜III-V族化合物層620包含p型摻雜的GaN。
前述且示於第9圖的雷射二極體500的各層僅為範 例層。其他的雷射二極體亦可根據其設計需求而納入不同的材料層。
第10圖是一流程圖繪示製造用於根據本案發明各個面向之一光學裝置的一多重量子井層的一簡化的方法700。上述光學裝置可包含一水平式發光二極體、一垂直式發光二極體或一雷射二極體。
方法700包含一步驟710，在步驟710中，形成一第一摻雜半導體層。上述第一摻雜半導體層可形成在一基底的上方，上述基底例如為一藍寶石基底。在某些實施例中，上述第一摻雜半導體層包含一n摻雜III-V族化合物材料，例如為n摻雜氮化鎵。
方法700包含一步驟720，在步驟720中，是在上述第一摻雜半導體層的上方形成一多重量子井層。上述多重量子井層包含複數個交錯的阻障層與主動層。上述阻障層具有漸變的厚度，漸變的形式是距離上述第一摻雜半導體層愈遠的阻障層的厚度愈少。上述多重量子井層的上述阻障層的一子集亦被摻雜有例如鎂等的n型摻雜物。在某些實施例中，距離上述第一摻雜半導體層最遠的三個阻障層是摻雜阻障層。上述摻雜阻障層亦具有漸變的摻雜濃度準位，其中距離上述第一摻雜半導體層愈遠的阻障層，其摻雜濃度準位愈大。
方法700具有一步驟730，在步驟730中，在上述多重量子井層的上方形成一第二摻雜半導體層。在某些實施例中，上述第二摻雜半導體層包含一p摻雜III-V族化合物材料，例如為p摻雜氮化鎵。
可在此處敘述的步驟710-730之前、之過程中或之後執行附加的製程而完成此光學裝置的製造。為了簡潔的理由，這些其他附加的製程未在此處作詳細的討論。
本發明的一個面向是提供一種光學裝置，上述光學裝置包含：一n型III-V族層、一p型III-V族層以及一量子井。上述n型III-V族層是置於一基底的上方，上述p型III-V族層是置於上述n型III-V族層的上方，上述量子井是置於上述n型III-V族層與上述p型III-V族層之間。上述量子井包含複數個活性層與複數個阻障層，上述阻障層是插入上述活性層之間。上述活性層具有實質上均勻的厚度。每個上述阻障層的厚度是其相對於上述p型III-V族層的位置的函數。
在一實施例中，較好為：上述阻障層中，位於距離上述p型III-V族層較遠位置者的厚度是大於或等於位於距離上述p型III-V族層較近位置者的厚度。
在一實施例中，相鄰的上述阻障層之間的厚度差異較好是在約5%至約15%的範圍內。
在一實施例中，較好為：上述n型III-V族層包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)；上述p型III-V族層包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述活性層包含氮化銦鎵(InGaN)；以及上述阻障層包含氮化鎵(GaN)。
在一實施例中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
在一實施例中，較好為：上述光學裝置包含一照 明模組，上述照明模組具有複數個晶片；以及上述n型III-V族層、上述p型III-V族層以及上述量子井是被安裝在每個上述晶片中。
在一實施例中，較好為：上述阻障層的一子集(subset)是被摻雜n型摻雜物。
在一實施例中，上述阻障層的上述子集較好為包含至少三個最接近上述p型III-V族層的阻障層。
在一實施例中，較好為：上述子集內的每個阻障層分別具有一摻雜濃度準位，此摻雜濃度準位是對應的阻障層相對於上述p型III-V族層的位置的函數。
在一實施例中，上述函數較好是：上述子集內的上述阻障層的摻雜濃度準位，是隨者上述阻障層與上述p型III-V族層的距離的減少而增加。
本發明的另一個面向是提供一種光學裝置，上述光學裝置，包含：一n型III-V族層、一p型III-V族層以及一量子井。上述n型III-V族層是置於一基底的上方，上述p型III-V族層是置於上述n型III-V族層的上方，上述量子井是置於上述n型III-V族層與上述p型III-V族層之間。上述量子井包含複數個活性層與複數個阻障層，上述阻障層是插入上述活性層之間。上述量子井中的至少一些的上述阻障層是被摻雜p型摻雜物。被摻雜的上述阻障層的摻雜濃度，是隨著被摻雜的上述阻障層與上述p型III-V族層的距離的減少而增加。
在一實施例中，被摻雜的上述阻障層較好為包含距離上述p型III-V族層最短距離的至少三個阻障層。
在一實施例中，較好為：上述活性層具有實質上均勻的厚度；以及上述阻障層隨著其愈接近上述p型III-V族層而變得愈薄。
在一實施例中，較好為：上述n型III-V族層包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)；上述p型III-V族層包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述活性層包含氮化銦鎵(InGaN)；以及上述阻障層包含氮化鎵(GaN)。
在一實施例中，較好為：上述光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
在一實施例中，較好為：上述光學裝置包含一照明器具，上述照明器具的光源包含一或複數個發光晶片；以及上述n型III-V族層、上述p型III-V族層以及上述量子井是被安裝在上述一或複數個發光晶片的每個中。
本發明的又另一個面向是提供一種照明設備，此照明設備包含：一n摻雜半導體化合物層、以一間隔與上述n摻雜半導體化合物層分離的一p摻雜半導體化合物層以及一多重量子井(multiple-quantum-well；MQW)。上述多重量子井是置於上述n摻雜半導體化合物層與上述p摻雜半導體化合物層之間，上述多重量子井具有複數個交錯的第一層與第二層。上述多重量子井的上述第一層具有實質上均勻的厚度。上述多重量子井的上述第二層具有漸變的厚度，上述漸變的厚度是與上述p摻雜半導體化合物層的距離相關。位於最鄰近上述p摻雜半導體化合物層的上述第二層的一子集是被摻雜p型摻雜物並具有 漸變的摻雜濃度準位，上述漸變的摻雜濃度準位是隨著與上述p摻雜半導體化合物層的距離而變化。
在一實施例中，較好為：上述n摻雜半導體化合物層包含n摻雜氮化鎵(n-GaN)；上述p摻雜半導體化合物層包含p摻雜氮化鎵(p-GaN)；上述多重量子井的該些第一層包含氮化銦鎵(InGaN)；以及上述多重量子井的該些第二層包含氮化鎵(GaN)。
在一實施例中，較好為：上述第二層隨著其愈接近上述p摻雜半導體化合物層而變得愈薄；以及上述子集內的被摻雜的上述第二層的摻雜濃度準位，是隨者被摻雜的上述第二層與上述p摻雜半導體化合物層的距離的減少而增加。
在一實施例中，較好為：上述照明設備是具有一發光二極體(light-emitting diode；LED)或一雷射二極體(laser diode；LD)作為其光源的一照明模組；以及上述n摻雜半導體化合物層、上述p摻雜半導體化合物層以及上述多重量子井是位於上述發光二極體或上述雷射二極體中。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
30‧‧‧水平式發光二極體
40‧‧‧基底
50‧‧‧非摻雜半導體層
60‧‧‧摻雜半導體層
70‧‧‧預應變層
80‧‧‧多重量子井層
81、82、83、84、85、86、87‧‧‧阻障層
91、92、93、94、95、96‧‧‧活性層
100‧‧‧電子阻擋層
110‧‧‧摻雜半導體層

Claims (10)

  1. 一種光學裝置，包含：一n型III-V族層，置於一基底的上方；一p型III-V族層，置於該n型III-V族層的上方；一量子井，置於該n型III-V族層與該p型III-V族層之間；其中：該量子井包含複數個活性層與複數個阻障層，該些阻障層插入該些活性層之間；該些活性層具有實質上均勻的厚度；以及每個該些阻障層的厚度是其相對於該p型III-V族層的位置的函數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該些阻障層中，位於距離該p型III-V族層較遠位置者的厚度是大於或等於位於距離該p型III-V族層較近位置者的厚度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該光學裝置包含下列其中之一：一發光二極體(light-emitting diode；LED)以及一雷射二極體(laser diode；LD)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學裝置，其中該些阻障層的一子集(subset)是被摻雜n型摻雜物，且該些阻障層的該子集包含至少三個最接近該p型III-V族層的阻障層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的光學裝置，其中該子集內的每個阻障層分別具有一摻雜濃度準位，此摻雜濃度準位是對應的阻障層相對於該p型III-V族層的位置的函數，該函數是：該子集內的該些阻障層的摻雜濃度準位，是隨者該些 阻障層與該p型III-V族層的距離的減少而增加。
  6. 一種光學裝置，包含：一n型III-V族層，置於一基底的上方；一p型III-V族層，置於該n型III-V族層的上方；一量子井，置於該n型III-V族層與該p型III-V族層之間；其中：該量子井包含複數個活性層與複數個阻障層，該些阻障層插入該些活性層之間；該量子井中的至少一些的該些阻障層是被摻雜p型摻雜物；以及被摻雜的該些阻障層的摻雜濃度，是隨著被摻雜的該些阻障層與該p型III-V族層的距離的減少而增加。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光學裝置，其中被摻雜的該些阻障層包含距離該p型III-V族層最短距離的至少三個阻障層。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的光學裝置，其中：該些活性層具有實質上均勻的厚度；以及該些阻障層隨著其愈接近該p型III-V族層而變得愈薄。
  9. 一種照明設備，包含：一n摻雜半導體化合物層；一p摻雜半導體化合物層，以一間隔與該n摻雜半導體化合物層分離；以及一多重量子井(multiple-quantum-well；MQW)，置於該n摻雜半導體化合物層與該p摻雜半導體化合物層之間，該多重 量子井具有複數個交錯的第一層與第二層；其中：該多重量子井的該些第一層具有實質上均勻的厚度；該多重量子井的該些第二層具有漸變的厚度，該漸變的厚度是與該p摻雜半導體化合物層的距離相關；以及位於最鄰近該p摻雜半導體化合物層的該些第二層的一子集是被摻雜p型摻雜物並具有漸變的摻雜濃度準位，該些漸變的摻雜濃度準位是隨著與該p摻雜半導體化合物層的距離而變化。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的照明設備，其中：該些第二層隨著其愈接近該p摻雜半導體化合物層而變得愈薄；以及該子集內的被摻雜的該些第二層的摻雜濃度準位，是隨者被摻雜的該些第二層與該p摻雜半導體化合物層的距離的減少而增加。
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