TWI451591B

TWI451591B - 以氮化物為主之發光裝置

Info

Publication number: TWI451591B
Application number: TW096127303A
Authority: TW
Inventors: Tae Moon Yong
Original assignee: Lg Electronics Inc; Lg Innotek Co Ltd
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2014-09-01
Also published as: US20110227039A1; EP1883121A2; EP1883121A3; US20080023690A1; EP1883121B1; US8450719B2; TW200816523A; US7977665B2

Description

以氮化物為主之發光裝置

本發明係有關一種以氮化物為主之發光裝置，尤其是一種以氮化物為主之發光裝置，其能夠增強發光效率並提高可靠度。

發光二極體(LED)已知為一半導體發光裝置，其將電流轉換為光，用於發光。自從使用GaAsP化合物半導體的紅色發光二極體在1962年上市以來，它已經與以GaP：N為主之綠色發光二極體一起使用，以作為顯示影像用的電子裝置中的光源。

由例如發光二極體所發射出光的波長係視用於製造發光二極體的半導體材料而定。這是因為發射出光的波長係視半導體材料的能帶隙而定，而能帶隙代表價帶電子和導帶電子之間的能差。

由於氮化鎵(GaN)化合物半導體具有高的熱穩定性並具有0.8至6.2eV之寬的能帶隙，因此它已經在包括發光二極體的高能電子裝置領域得到廣泛關注。

為何GaN化合物半導體已經得到廣泛關注的原因之一為：若將GaN化合物半導體與其他適當之元件，例如銦(In)、鋁(Al)等一起使用，則可製造出能夠發射出綠光、藍光和白光的半導體層。

因此，根據特定裝置的特性，將GaN化合物半導體與其他適當元件一起使用，就可調整出所欲發光的波長。例如，可以製造出用於光學記錄之藍光發光二極體或者可以製造出能夠替代白熾燈的白光發光二極體。

憑藉上述以GaN為主的材料的優點，自從以GaN為主的發光二極體在1994年上市以來，與以GaN為主的光電裝置有關的技術已獲得快速的發展。

使用上述以GaN為主的材料所製造的發光二極體的亮度或輸出功率主要係視活性層的結構、與外部光萃取有關的萃取效率、發光二極體晶片的大小、組裝燈封裝用之封膠(mold)的種類和角度、所用的螢光材料等而定。

同時，與其他III－V族化合物半導體相比，以GaN為主的半導體很難獲得成長的原因是，例如，沒有高品質的基板(例如由GaN、InN、或AlN等製成的晶圓)。

由於這個原因，儘管發光二極體結構在由與上述基板材料不同的材料所製成的基板(例如，藍寶石)上成長，但在這種情況下會有許多的缺陷產生。這些缺陷可嚴重影響發光二極體的性能。

尤其是，在發光二極體結構中作為發光用的活性層具有氮化物半導體多量子井(MQW)結構。多量子井結構包括以重複的方式交替設置的量子井層(quantum well layers)和量子位障層(quantum barrier layers)。根據這種結構，電子和電洞分別從n型半導導體層和p型半導體層注入，並在量子井層中結合，而發射出光。

構成上述多量子井結構的量子井層和量子位障層包含不同的材料。結果，由於材料上的差異，使得量子井層會受到應力的作用。

因此，本發明提供一種以氮化物為主之發光裝置，其可以實質上避免一個或多個由習知技術中的限制和不足所造成的問題。

本發明之目的係在提供一種以氮化物為主之發光裝置，在有效地將電子和電洞限制在活性層中之同時，能夠調整或抑制張力和晶體缺陷的產生，從而增加可靠度。

由本發明下述說明，本發明的前述及其他目的、特徵、觀點及優點將會更加明瞭。本發明的目的和其他優點將會藉由對特有結構的說明、其申請專利範圍以及所附圖式而更加瞭解和認識。

為了達到上述目的和其他優點，本發明提供一種以氮化物為主之發光裝置，包括：包含一量子井層和一量子位障層的發光層；以及設置在該發光層之量子井層的至少一個表面上的一應力調節層(stress accommodating layer)。

另一方面，本發明提供一種以氮化物為主之發光裝置，其包括至少一個量子井結構，其包括：一第一量子位障層；設置在該第一量子位障層上之一應力調節層，設置在該應力調節層上之一第二量子位障層；設置在該第二量子位障層上之一量子井層；以及設置在該量子井層上之另一第一量子位障層。

上文的一般性描述和下文的詳細說明僅作為示例及解釋之用，而可對本發明申請專利範圍作進一步解釋。

以下配合圖式對本發明的實施方式作更詳細的說明，俾使熟習該項技術領域者在研讀本說明書後能據以實施。

本發明可以變換為各種形式並且不局限於下述實施例。因此，本發明可作各種適當的修改和變化成各種形式，本發明的實施例對圖式中的實例將進行細節描述。可以瞭解到，對於本發明的形式沒有特別限制。相反地，本發明包括該些修改及變化，且其皆被包括在下附之申請專利範圍及其均等者中。

可以瞭解到當一元件(例如一層，一區域或一基板)被指為在另一元件“上”時，該元件可直接位在另一元件上或其間可有插入元件。同樣可以理解若一元件的一部分，例如一表面，被指為“內部”，係指與該元件之其他部分相比，該部分會離該裝置外部更遠。

另外，本文相關術語，例如“在－－－之下”和“在－－－之上”，可以用於描述一層或一個區域與另一層或另一個區域的關係，如圖所示。

可以瞭解到這些術語意指該裝置除了圖式中的方位以外，還包括其他不同方位。最後，術語“直接地”係指沒有插入元件。本文使用的術語“和/或”包括任何和全部一個或多個相關列舉項目的組合。

可以瞭解到，本文儘管使用第一、第二等術語來描述各種元件、組件、區域、層和/或區段，然而這些元件、組件、區域、層和/或區段並不局限於這些術語。

這些術語僅僅用於將一個區域、層或區段區別於另一個區域、層或區段。因此，如下面所討論的第一區域、第一層或第一區段亦可重新命名為第二區域、第二層或第二區段，而同樣地，第二區域、第二層或第二區段亦可重新命名為第一區域、第一層或第一區段，而不脫離本發明的精神。

圖1係說明氮化物半導體發光裝置的基本薄膜結構的剖面圖。該氮化物半導體發光裝置可為以GaN為主的材料製得之發光二極體。如圖1所示，該發光二極體的基本結構包括一n型電子注入層1、一發光層2、以及一p型電洞注入層3。該發光層2具有量子井結構，並且插在該n型電子注入層1和該p型電洞注入層3之間。

通常該發光層2可以發射出光，並具有氮化物半導體多量子井結構。

該多量子井結構包括以重複方式交替沉積的量子井層4和量子位障層5。根據該多量子井結構，電子和電洞分別從n型電子注入層1和p型電洞注入層3注入，並在該量子井中結合，而發射出光。

因為每一個量子井層4係設置在兩個量子位障層5之間，所以量子井層4可在量子力學上限制電子和電洞。

為了獲得高亮度的發光裝置，有必要將電子和電洞圓滑地傳輸到每一個量子井層4中，並且在該量子井層4中將傳輸過來的電子和電洞有效地結合。

因此，為了獲得高亮度的發光裝置，該量子井層4和該量子位障層5需具有優越的薄膜結晶度(crystallinity)。

目前氮化物半導體發光裝置最具有代表性的多量子井結構包括具有相對高之能帶隙的氮化鎵(GaN)量子位障層，作為量子位障層5，以及具有相對低之能帶隙的氮化銦鎵(InGaN)量子井層，作為量子井層4。這種情況下，氮化鎵層和氮化銦鎵層係以高品質薄膜的形式進行製備。

本質上，氮化鎵和氮化銦鎵具有非常高的晶格錯配。這是因為銦的原子半徑比鎵的原子半徑大，且銦和氮的結合力要比鎵和氮的結合力小，而銦和氮的結合長度要比鎵和氮的結合長度長。

由於這個原因，InGaN量子井層會嚴重地受到壓縮應力。這種壓縮應力改變了每一個量子井層4的能帶結構，從而使在該量子井層4內的電子和電洞在空間上彼此分開。結果，使得該發光裝置的發光效率降低。

另外，該壓縮應力會劣化相鄰的GaN量子井位障層5和InGaN量子井層4之間的界面特性，從而在界面處損失載子。結果，該發光裝置的發光效率可能會降低。

因此，為了根本地解決上述現象，可以使用包括氮化物半導體應力調節層(In_x Al_w Ga_1－v－w N,0v,w1,0v＋w1)的量子井結構。

第一實施例

圖2係顯示本發明第一實施例中的氮化物半導體發光裝置。如圖2所示，該氮化物半導體發光裝置包括一n型半導體層10作為電子注入層，一發光層20，以及一p型半導體層30作為電洞注入層。該發光層20可發射出光，並可具有氮化物半導體單量子井結構或氮化物半導體多量子井結構。

多量子井結構包括以重複方式交替沉積的量子井層21和量子位障層22。根據這種多量子井結構，電子和電洞分別從電子注入層和電洞注入層注入，並在該量子井中結合，從而發射出光。

應力調節層40可以形成在每一個量子井層21的至少一個表面上。

也就是，該多量子井結構包括以重複方式沉積於該n型半導體層10上之重複的單量子井結構。每一個重複的單量子井結構包括一層量子位障層22、一層沉積在該量子位障層22上之應力調節層40、以及一層沉積在該應力調節層40上之量子井層21。

至於每一個重複的單量子井結構的層積(lamination)順序，該量子井層21係在將該應力調節層40層積於該量子位障層22上之後再進行沉積。因此，該應力調節層40可以調節施加在該量子井層21上的應力。

可以使用一超晶格(superlattice)層，作為應力調節層40，而該超晶格層包括具有不同之面內晶格常數(in－plane lattice constant)的半導體層之沉積結構。

更詳細的說，該超晶格層可以具有以重複方式交替沉積的兩種層。其中之一種層具有的平均面內晶格常數比量子位障層22的晶格常數要高，然而另一種層具有的平均面內晶格常數比量子井層21的晶格常數要低。

圖3說明應力調節層40包括上述超晶格層的例子。該超晶格層包括具有不同晶格常數之第一層41和第二層42。

在圖3的例子中，該第二層42的面內晶格常數比該第一層41的面內晶格常數要高。每一第一層41處於承受拉伸應力的狀態下，而每一第二層42處於承受壓縮應力的狀態下。

因為該些層41和該些層42係分別以拉伸和壓縮狀態交替沉積，該超晶格層可以有效地作為應力調節層40。

該超晶格層的每一層41和42可以包括1到10個單層。較佳是，由上述超晶格層組成之每一應力調節層40的厚度為0.5到10nm。

或者，該超晶格層可以包括2到40對層，每一對層包括具有不同晶格常數的層41和層42。

舉例而言，該應力調節層40係由一超晶格層所組成，而該超晶格層具有包括以重複方式交替沉積的兩種層之結構，該超晶格層具有不同的平均面內晶格常數，其中之一的平均面內晶格常數比量子位障層22的晶格常數要高，然而另一平均面內晶格常數比量子井層21的晶格常數要低。該應力調節層40可以藉由交替層積具有不同晶格常數和不同帶隙的氮化物半導體材料(AlInGaN)而獲得。

也就是，該應力調節層40可以包括由具有不同Al和In含量的AlInGaN材料所組成的第一層41和第二層42。

或者，第一層41可皆由GaN所組成，而第二層42可皆由AlInGaN或InGaN所組成。

圖4顯示能帶結構圖，其中由超晶格層組成的應力調節層40係設置在每一個量子井層21的一個表面上(為了方便說明，此能帶圖和下一個能帶圖將僅顯示出導帶)。

參考圖4，可以看出該超晶格層的每一個第一層41具有比每一個量子位障層22的能帶隙要高的能帶隙，而該超晶格層的每一個第二層42具有比每一個量子位障層22的能帶隙要低而比每一個量子井層21的能帶隙要高的能帶隙。

發光層20的每一個量子位障層22可以由例如GaN、InGaN、或AlInGaN的材料組成。該發光層20的每一個量子井層21可以由例如InGaN或AlInGaN的材料組成。

若每一個量子井層21皆係由InGaN組成，則當該量子井層21含有增量的In時，該相關的應力調節層40可產生更有效的效應。

也就是，若每一個量子井層21係由以In_x Ga_1－x N表示之InGaN所組成，則“x”較佳為0.2到0.4(0.2x0.4)。

第二實施例

如圖5所示，每一個應力調節層40可以設置在相鄰的量子井層21和量子位障層22之間。

也就是，在多量子井結構中，包括以重複方式在該n型半導體層10上沉積的重複之單量子井結構，而根據本發明的第二個實施，每一個重複的單量子井結構包括一層量子位障層22、一層沉積在該量子位障層22上之應力調節層40、一層沉積在該應力調節層40上之量子井層21、以及另一層沉積在該量子井層21上之應力調節層40。

在這個結構中，根據構成該超晶格層的材料元素和構成該量子井層21的材料元素，構成該應力調節層40的超晶格層之每一個第一層41可以具有與該量子位障層相同的能帶隙。

圖6說明由超晶格層組成的應力調節層40係分別設置在每一個量子井層21的相對面上的結構。

若需要，該超晶格層的每一個第二層42的能帶隙可以比該量子井層21的能帶隙要低。

通常含有In之InGaN具有比GaN的晶格常數要高的晶格常數，但具有比GaN的能帶隙要低的能帶隙。同樣地，含有Al之AlGaN具有比GaN的能帶隙要高的能帶隙。因此，根據In和Al的適當組合，可以形成應力調節層40，而該應力調節層40可以調節施加在該量子井層21上的應力。

因為量子井層係設置在兩個量子位障層22之間，所以在上述量子井結構中的每一個量子井層21可以在量子力學上限制電子和電洞。

藉由提供由上述超晶格層組成的應力調節層40，可以調節施加在該發光層20上的應力，從而大幅增加發光效率。

應力調節層40也可以用於有效地將電荷限制在其相關之量子井層21內。

圖7說明包括上述應力調節層40之水平式發光裝置的例子。如圖7所示，該發光裝置包括基板50和設置在該基板50上的發光結構。如上所述，該發光結構包括n型半導體層10、發光層20、和p型半導體層30。圖7顯示在蝕刻之後，並暴露出該n型半導體層10，可形成上述結構與p型電極70和n型電極60。

圖8說明包括上述應力調節層40的垂直式發光裝置的例子。

如圖8所示，發光裝置包括基板(圖中未示)和設置在基板上的發光結構。如上述例子，該發光結構包括n型半導體層10、發光層20、和p型半導體層30。由金屬或導電性半導體層形成之支撐層80係設置在上述結構上。這種情況下，將該基板從上述結構中分開出來。因此，獲得了圖8的結構。

p型電極70係設置在該p型半導體層30和該支撐層80之間。該p型半導體電極70可以包括歐姆電極71和反射電極72。在這例子，該歐姆電極71可以為透明電極。

因為施加在每一個量子井層21上的應力可依照上述應力調節層40的功能而予以調節，所以根據上述結構所製造出之發光裝置的發光效率可大幅提昇。同時，也可以有效地將電荷限制在每一個量子井層21內。

第三實施例

圖9說明本發明第三實施例的氮化物半導體發光裝置。如圖9所示，該發光裝置包括n型電子注入層100和形成在該n型電子注入層100上之發光層200。該發光層200包括一量子井結構，該量子井結構包括第一量子位障層210、應力調節層220、第二量子位障層230、量子井層240、以及另一第一量子位障層210。該發光層200可以包括一多量子井結構，該多量子井結構係藉由重複層積上述量子井結構至少兩次而形成。

p型電洞注入層300係形成在該發光層200上。因此，電子和電洞分別從電子注入層100和電洞注入層300注入，並在該發光層200中結合，從而發射出光。

為了有效地調節存在於具有上述量子井結構之發光層200的應力，該應力調節層220可以具有一面內晶格常數，該面內晶格常數的範圍係在該第一量子位障層210的面內晶格常數和該量子井層240的面內晶格常數之間。

同時，為了有效地將電子和電洞注入到量子井，該應力調節層220可以具有一能帶隙，該能帶隙的範圍係在該第一量子位障層210的能帶隙和該量子井層240的能帶隙之間，如圖10所示。

若需要，該應力調節層220可以包括超晶格層。

同時，該應力調節層220可以執行量子力學功能。也就是，因為該第二量子位障層230係設置於該應力調節層220和該量子井層240之間，所以從該n型電子注入層100注入之電子能夠有效地收集並限制在該應力調節層220內。結果，限制在該應力調節層220內的電子能夠有效地注入到該量子井層240中。

考慮到這種量子力學功能，最佳的應力調節層220的厚度為1到15nm。

同時，為了使該應力調節層220有效地調節由在該第一量子位障層210和該量子井層240之間的晶格錯配所產生的應力，該第二量子位障層230的厚度較佳比該第一量子位障層210的厚度小。

該第二量子位障層230可以具有0.2到5nm的厚度。在這例子中，該第二量子位障層230的能帶隙可比該應力調節層220的能帶隙要高。在這例子中，該第二量子位障層230能夠有效地在量子力學上將電子和電洞限制於該量子井層240內，並且增加結合發光的可能性。

為了增強電子和電洞的有效結合，可將n型摻質摻雜於具有上述多量子井結構的發光層200中之一層或多層應力調節層220中。

包括在具有上述多量子井結構之發光層200中之應力調節層220、以及第一量子位障層210和第二量子位障層230可顯著地減少在量子井層中不可避免地產生的壓縮應力，並且將電子和電洞有效地限制在該量子井層240內。因此，可以顯著地增強該發光裝置的內部量子效率(internal quantum efficiency)。

也就是，該應力調節層220可有效地調節壓縮應力，而該壓應力係由於量子位障層210和230以及量子井層240之間的晶格錯配而產生，從而在量子井層240中達到更均衡的應力分配和更均衡的In分佈。因此，可以更增強光學特性。

另外，可增強在量子位障層210和230以及量子井層240之間的界面特性，從而減少在界面處的載子損耗。結果，可大幅增加發光效率。

因此，根據該發光裝置顯著增強的內在光學特性(亦即，內部量子效率)，可獲得高亮度和高效率的發光裝置。

第四實施例

圖11說明本發明第四實施例的氮化物半導體發光裝置。在這個實施例中，利用金屬有機氣相化學沉積(MOCVD)系統來生長氮化物半導體薄膜。藍寶石基板係用作基板410。

使用氨作為氮化源。使用氫和氮作為載流氣體(carrier gas)。使用鎵、銦和鋁作為有機金屬源。使用矽(Si)作為n型摻質，而使用鎂(Mg)作為p型摻質。在1,050℃下將n型氮化鎵(GaN)半導體電子注入層420生長在藍寶石基板上直至其厚度達到4μm，此時，使用200 Torr的壓力。

將具有如圖12所示之量子井價帶結構(quantum－well band structure)的發光層430生長在該電子注入層420上。也就是，在溫度850℃下，將氮化鎵(GaN)之第一量子位障層431生長在該電子注入層420上直至其厚度達到10nm。接著，將氮化銦鎵(InGaN)之應力調節層432生長在該第一量子位障層431上直至其厚度達到3nm。此時，對銦源的用量和生長溫度予以控制，使得該InGaN應力調節層432中的平均銦含量大約為3%。

將GaN之第二量子位障層433生長在該應力調節層432上直至其厚度達到1nm。其後，在溫度700℃下，將InGaN量子井層434生長在該第二量子位障層433上直至其厚度達到2.5nm。此時，對銦源的用量予以控制，使得該InGaN量子井層434中的銦含量大約為22%。

重複上述步驟，以生長該發光層430，並使得該發光層430具有一多量子井結構，該多量子井結構包括八個量子井結構，每一個量子井結構係由一層第一GaN量子位障壁層431、一層InGaN應力調節層432、一層第二GaN量子位障壁層433和一層InGaN量子井層434所組成。

將p型GaN電洞注入層440生長在具有上述多量子井結構的發光層430上直至其厚度達到0.1μm。

接著，利用蝕刻機，對p型電洞注入層440和發光層430進行蝕刻，使得該n型電子注入層420部分暴露出來，如圖13所示。在這種情況下，形成n型電極421。同時，將p型電極441形成本該p型電洞注入層440上，用以注入電洞。因此，完成水平式發光裝置結構。

第五實施例

在如圖14所示之本發明第五實施例中，在1,050℃下將n型氮化物半導體電子注入層520生長在藍寶石基板510上直至其厚度達到4μm。此時，使用200 Torr的壓力。

將具有如圖15所示之量子井價帶結構的發光層530成長在該電子注入層520上。也就是，在溫度850℃下，將第一GaN量子位障層531生長在該電子注入層520上直至其厚度達到10nm。接著，將InGaN應力調節層532生長在該第一量子位障層431上直至其厚度達到3nm。

在該應力調節層532的生長期間，注入n型摻質源。此時，對銦源的用量和生長溫度予以控制，使得該InGaN應力調節層532中的平均銦含量大約為0.1到5%。

將第二GaN量子位障層533生長在該應力調節層532上直至其厚度達到0.2到3 nm。其後，在溫度700℃下，將InGaN量子井層534生長在該第二量子位障層533上直至其厚度達到2.5nm。此時，對銦源的用量予以控制，使得該InGaN量子井層534中的銦含量大約為22%。

重複上述步驟，以生長該發光層530，並使得該發光層530具有一多量子井結構，該多量子井結構包括八個量子井結構，每一個量子井結構係由一層第一GaN量子位障壁層531、一層InGaN應力調節層532、一層第二GaN量子位障壁層533和一層InGaN量子井層534所組成。

將p型GaN電洞注入層440生長在具有上述多量子井結構的發光層530上直至其厚度達到0.1μm。

水平式發光裝置結構的後續製程可以與第四個實施例相同。

若需要，可製造如圖16所示之垂直式發光裝置結構。在這例子中，歐姆電極或反射歐姆電極550係形成在該p型電洞注入層540上，並且由半導體或金屬構成的支撐層560係形成在該歐姆電極550上。

接著，移除該基板510。然後將n型電極570形成在暴露的電子注入層520上。結果，可完成如圖16所示之垂直式發光裝置結構。

第六實施例

在如圖17所示之本發明第六實施例中，在1,050℃下將n型氮化物半導體電子注入層620生長在藍寶石基板610上直至其厚度達到4μm。此時，使用200 Torr的壓力。

將具有下述結構的發光層630成長在該電子注入層620上。也就是，在溫度850℃下，將第一InGaN量子位障層生長在該電子注入層620上直至其厚度達到10nm。此時，對銦源的用量予以控制，使得該第一量子位障層中的銦含量大約為0.3%，且將所控制之銦源用量注入生長機中(growing machine)。

接著，將InGaN應力調節層生長在該第一量子位障層上直至其厚度達到1至7nm。此時，對銦源的用量和生長溫度予以控制，使得該InGaN應力調節層中的平均銦含量大約為1到5%。

將第二InGaN量子位障層生長在該應力調節層上直至其厚度達到0.2到3 nm。此時，對銦源的用量予以控制，使得該第二InGaN量子位障層中的銦含量大約為0.3%。

在溫度700℃下，將InGaN量子井層534生長在該第二量子位障層上直至其厚度達到2到3 nm。此時，對銦源的用量予以控制，使得該InGaN量子井層中的銦含量大約為16到25%。

重複上述步驟，以生長該發光層630，並使得該發光層630具有一多量子井結構，該多量子井結構包括八個量子井結構，每一個量子井結構係由一層第一量子位障壁層、一層應力調節層、一層第二量子位障壁層和一層量子井層所組成。

同時，將n型摻質源注入到該發光層630之八層應力調節層中之最先沉積的兩層到六層應力調節層中。

亦將n型摻質源注入到該發光層630之第一量子位障壁層中之最先沉積的兩層到四層第一量子位障壁層中。

將p型GaN電洞注入層640生長在具有上述氮化物半導體多量子井結構的發光層630上直至其厚度達到0.1μm。

隨後，可製造出如第四實施例中之水平式發光裝置結構、或如第五實施例中之垂直式發光裝置結構。

第七實施例

在如圖18所示之本發明第七實施例中，在1,050℃下將n型氮化物半導體電子注入層720生長在藍寶石基板710上直至其厚度達到4μm。此時，使用200 Torr的壓力。

將具有下述結構的發光層730成長在該電子注入層720上。也就是，在溫度850℃下，將第一InGaN量子位障層生長在該電子注入層720上直至其厚度達到10nm。接著，將InGaN應力調節層生長在該第一量子位障層上直至其厚度達到3nm。此時，對銦源的用量和生長溫度予以控制，使得該InGaN應力調節層中的平均銦含量大約為3%。

在溫度760℃下，將InGaN量子井層生長在該第二量子位障層上直至其厚度達到3 nm。此時，對銦源的用量予以控制，使得該InGaN量子井層中的銦含量大約為16%。

重複上述步驟，以生長該發光層730，並使得該發光層730具有一多量子井結構，該多量子井結構包括八個量子井結構，每一個量子井結構係由一層第一量子位障壁層、一層應力調節層、一層第二量子位障壁層和一層量子井層所組成。將n型摻質源注入到該發光層730之八層應力調節層中之最先沉積的兩層應力調節層中。

亦將n型摻質源注入到該發光層730之第一量子位障壁層中之最先沉積的四層第一量子位障壁層中。

將p型GaN電洞注入層740生長在具有上述氮化物半導體多量子井結構的發光層730上直至其厚度達到0.1μm。

第八實施例

在如圖19所示之本發明第八實施例中，在1,050℃下將n型氮化物半導體電子注入層820生長在藍寶石基板810上直至其厚度達到4μm。此時，使用200 Torr的壓力。

將具有如圖20所示之結構的發光層830成長在該電子注入層820上。也就是，在溫度900℃下，將第一GaN量子位障層831生長在該電子注入層820上直至其厚度達到7nm。接著，將第一InGaN應力調節層832生長在該第一量子位障層831上直至其厚度達到3nm。

此時，對銦源的用量和生長溫度予以控制，使得該第一應力調節層832中的平均銦含量大約為2%。將第二InGaN量子位障層833生長在該第一應力調節層832上直至其厚度達到1 nm。

接著，在溫度710℃下，將InGaN量子井層生長在該第二量子位障層833直至其厚度達到3 nm。

可將第二應力調節層835生長在該量子井層834上。於此例子中，將厚度為7nm之第一量子位障層831設置在該第二應力調節層835上。

可形成具有下列結構之該第二應力調節層835。也就是說，在溫度900℃下，生長厚度為大約0.5 nm之GaN層，接著將InGaN層(具有大約0.2%的In含量)依序生長在該GaN層上直至其厚度達到大約0.5 nm。

該第二應力調節層835可具有一超晶格結構，該超晶格結構包括2到10層之沉積結構，每一層之沉積結構皆係由GaN層和含有大約0.2%之In含量的InGaN層所組成。

同時，對銦源的用量予以控制，使得該量子井層834中的銦含量大約為23%。重複上述步驟，以生長該發光層830，並使得該發光層830具有一多量子井結構，該多量子井結構包括八個量子井結構。

將n型摻質源注入到該發光層730之八層第一應力調節層832中之最先沉積的兩層第一應力調節層832中。亦將n型摻質源注入到該發光層830之第一量子位障層831中之最先沉積的四層第一量子位障層831中。

同時，在相關之量子井層834的生長過程中，將n型摻質源注入到該發光層830之該量子井層834中之最先沉積的兩層量子井層834中。

將p型GaN電洞注入層840生長在具有上述氮化物半導體多量子井結構的發光層830上，直至其厚度達到0.1μm。

對所有熟習此技藝者而言，本發明明顯地可以作出多種修改及變化而不脫離本發明的精神和範圍。因此，本發明包括該些修改及變化，且其皆被包括在下附之申請專利範圍及其均等者中。

1．．．n型電子注入層

2．．．發光層

3．．．p型電洞注入層

4．．．量子井層

5．．．量子位障層

10．．．n型半導體層

20．．．發光層

21．．．量子井層

22．．．量子位障層

30．．．p型半導體層

40．．．應力調節層

41．．．第一層

42．．．第二層

50．．．基板

60．．．n型電極

70．．．p型電極

71．．．歐姆電極

72．．．反射電極

80．．．支撐層

100．．．n型電極注入層

200．．．發光層

210．．．第一量子位障層

220．．．應力調節層

230．．．第二量子位障層

240．．．量子井層

300．．．p型電洞注入層

410．．．基板

420．．．n型氮化鎵(GaN)半導體電子注入層

421．．．n型電極

430．．．發光層

431．．．第一量子位障層

432．．．應力調節層

433．．．第二量子位障層

434．．．InGaN量子井層

440．．．p型GaN電洞注入層

441．．．p型電極

510．．．藍寶石基板

520．．．n型氮化物半導體電子注入層

530．．．發光層

531．．．第一GaN量子位障層

532．．．InGaN應力調節層

533．．．第二GaN量子位障層

534．．．InGaN量子井層

540．．．p型GaN電洞注入層

550．．．歐姆電極或反射歐姆電極

560．．．支撐層

570．．．n型電極

610．．．藍寶石基板

620．．．n型氮化物半導體電子注入層

630．．．發光層

640．．．p型GaN電洞注入層

710．．．藍寶石基板

720．．．n型氮化物半導體電子注入層

730．．．發光層

740．．．p型GaN電洞注入層

810．．．藍寶石基板

820．．．n型氮化物半導體注入層

830．．．發光層

831．．．第一GaN量子位障層

832．．．第一InGaN應力調節層

834．．．量子井層

835．．．第二應力調節層

圖1為以氮化物為主的發光裝置的薄膜結構的剖面圖；圖2為本發明第一實施例的剖面圖；圖3為由超晶格層構成的應力調節層的剖面圖；圖4為本發明第一實施例中的能帶圖表；圖5為本發明第二實施例的剖面圖；圖6為本發明第二實施例中的能帶圖表；圖7為本發明第二實施例中的水平式發光裝置的實例的剖面圖；圖8為本發明第二實施例中的垂直式發光裝置的實例的剖面圖；圖9為本發明第三實施例的剖面圖；圖10為本發明第三實施例的能帶圖表；圖11為本發明第四實施例的剖面圖；圖12為本發明的第四實施例的能帶圖表；圖13為本發明第四實施例中的水平式發光裝置的實例的剖面圖；圖14為本發明一第五實施例的剖面圖；圖15為本發明第五實施例的能帶圖表；圖16為本發明第五實施例中的垂直式發光裝置的實例的剖面圖；圖17為本發明第六實施例的剖面圖；圖18為本發明第七實施例的剖面圖；圖19為本發明第八實施例的剖面圖；以及圖20為本發明第八實施例的能帶圖表。

10．．．n型半導體層

20．．．發光層

21．．．量子井層

22．．．量子位障層

30．．．P型半導體層

40．．．應力調節層

Claims

一種以氮化物為主之發光裝置，包括：具第一導電性之一第一型層；具第二導電性之一第二型層，位在該第一型層上；以及一發光層，設置在該第一型層和該第二型層之間，該發光層包括至少一個結構，該結構包括：一量子井層和一量子位障層；以及一應力調節層，設置在該發光層之該量子井層的至少一個表面上，以調節應力，其中該結構包括依該量子位障層、該應力調節層、和該量子井層的順序重複設置的結構。
如申請專利範圍第1項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該第一型層和該第二型層中之至少一者係以GaN為主之層。
如申請專利範圍第1項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該發光層和該應力調節層係以重複的方式，依該量子位障層、該應力調節層、該量子井層、和該應力調節層的順序沉積。
如申請專利範圍第1項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該應力調節層具有一面內晶格常數，該面內晶格常數比該量子位障層的一晶格常數要高而比該量子井層的一晶格常數要低。
如申請專利範圍第1項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該應力調節層包含一超晶格層，該超晶格層包括交替沉積的半導體層，該些半導體層具有不同的面內晶格常數。
如申請專利範圍第5項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該超晶格層具有相當於該量子位障層的厚度之1/3或1/3以上的厚度。
如申請專利範圍第5項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該超晶格層中之每一層具有相當於1到10單層的厚度。
如申請專利範圍第5項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該超晶格層的該些半導體層包括由GaN組成的一第一層和由InGaN或AlInGaN組成的一第二層，該第一層和該第二層係以重複方式交替沉積。
如申請專利範圍第1項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該發光層的該量子井層包括InGaN。
如申請專利範圍第9項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，當該InGaN中之銦含量係由In_x Ga_1-x N中的“x”來表示時，“x”為0.2到0.4(0.2x0.4)。
一種以氮化物為主之發光裝置，包括：一發光層，包括至少一個量子井結構，該量子井結構包括：一第一量子位障層；一應力調節層，設置在該第一量子位障層上；一第二量子位障層，設置在該應力調節層上；以及一量子井層，設置在該第二量子位障層上，其中該應力調節層具有一能帶隙，該能帶隙的範圍係在該第一量子位障層的能帶隙和該量子井層的能帶隙之間，或係在該第二量子位障層的能帶隙和該量子井層的能帶隙之間，而該第一量子位障層的能帶隙與該第二量子位障層的能帶隙不同，其中該應力調節層係用以調節施加在該量子井層上的應力；以及其中該量子井結構包括依該第一量子位障層、該應力調節層、該第二量子位障層、該量子井層和該第一量子位障層的順序重複設置的結構。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該應力調節層具有一面內晶格常數，該面內晶格常數的範圍係在該第一量子位障層的面內晶格常數和該量子井層的面內晶格常數之間。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該應力調節層具有1到15nm的厚度。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該應力調節層、該量子井層、該第一量子位障層、以及該第二量子位障層中之至少一者包含一n型摻質。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該應力調節層包含0.1到5%平均含量的銦。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該第二量子位障層的能帶隙比該應力調節層的能帶間隙要高。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該第二量子位障層的厚度比該第一量子位障層的厚度要小。
如申請專利範圍第11項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該量子井結構更包括一第二應力調節層，該第二應力調節層係設置在該量子井層上。
如申請專利範圍第18項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該第二應力調節層具有一超晶格結構。
如申請專利範圍第18項所述之以氮化物為主之發光裝置，其中，該第二應力調節層具有以重複方式沉積的一GaN層和一InGaN層的結構。