专利名称：发光二极管及其减少极化中间层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管及其减少极化中间层。
背景技术：
参考图1A所示，其为美国专利US 2003115642所提出的公知具有电子 阻碍层(electron blocking layer, EBL)的氮化物发光二极管结构，其包含n 型传导层11、活性层12 (active layer) 、 p型传导层13与电子阻碍层28， 其中电子阻碍层28位于活性层12与p型传导层13之间，并且活性层12位 于n型传导层11上。上述活性层12可为由多个量子阱层la、 lb与多个量 子位障层2a、 2b、 2c所相互层叠的结构，并且电子阻碍层28可将来自n型 传导层11的电子阻挡于活性层12内。然而，需要在活性层12与p型传导 层13之间形成电子阻碍层28主要是因为氮化物半导体中电子的迁移率 (mobility)远大于电洞，所以造成电子容易溢流出活性层12。
参考图IB所示，其为上述发光二极管的能带(energy band)分布示意 图，其中电子阻碍层28相较于活性层12或p型传导层13而言，明显地具 有较高的能级，即可阻挡电子溢流的效应。
然而，传统的电子阻碍层28与活性层12间往往因为晶格不匹配，因而 产生压电极化(piezoelectricpolarization)，并导致能带倾斜，进而增加载子 溢流机率。因此，传统的发光二极管即因此而降低其发光效率。
发明内容
鉴于上述的发明背景中，为了符合产业上某些利益的需求，本发明提供 一种发光二极管可用以解决上述传统的发光二极管未能达成的目标。
本发明的目的是提供一种发光二极管，其包含基板，第一传导层、活性 层、减少极化中间层、电子阻碍层与第二传导层，其中第一传导层位于基板 上，活性层位于第一传导层上，减少极化中间层位于活性层上，电子阻碍层位于减少极化中间层上，以及第二传导层位于电子阻碍层上。上述的减少极
化中间层为AlxInyGai.x-yN，并且0《x《1， 0《y《l。
本发明提供一种发光二极管，包含基板；第一传导层，位于该基板上; 活性层，位于该第一传导层上；减少极化中间层，位于该活性层上；电子阻 碍层，位于该减少极化中间层上，其中该减少极化中间层减少该电子阻碍层 与该活性层因晶格不匹配所产生的压电极化导致的能带倾斜，以降低载子溢 流机率；以及第二传导层，位于该减少极化中间层上。
本发明提供一种减少极化中间层，位于发光二极管的电子阻碍层与活性 层之间，借此以晶格匹配该电子阻碍层。
本发明提供一种减少极化中间层，位于发光二极管的电子阻碍层与活性 层之间，其中该减少极化中间层与该电子阻碍层的晶格常数相同。
本发明提供一种减少极化中间层，位于发光二极管的电子阻碍层与活性 层之间，其中该电子阻碍层的能隙大于该减少极化中间层的能隙。
在所述的发光二极管中，上述的电子阻碍层的能隙大于该减少极化中间 层的能隙。
在所述的发光二极管中，上述的第一传导层为n型传导层，第二传导层 为p型传导层。
在所述的发光二极管中，上述的电子阻碍层的能隙大于该活性层的能隙。
在所述的发光二极管中，上述的减少极化中间层为AlxInyGai_x_yN，并且
在所述的发光二极管中，上述的电子阻碍层为氮化铝镓。 在所述的发光二极管中，上述的活性层可为单量子阱结构或多量子阱结构。
本发明的发光二极管不会降低发光效率。
图1A为传统发光二极管的结构示意图IB与图3B为传统发光二极管的能带分布示意图；图2为本发明的发光二极管的结构示意图3A为本发明的发光二极管的能带分布示意图3B为具有减少极化中间层的发光二极管的能带示意图以及
图3C为本发明与传统的发光二极管的能带分布比较图。
其中，附图标记说明如下:
la、 lb量子阱层
2a、 2b、 2c量子位障层
lln型传导层
12活性层
13 p型传导层
28电子阻碍层
IOI基板
102第一传导层
103活性层
104减少极化中间层
105电子阻碍层
106第二传导层
具体实施例方式
本发明在此所探讨的方向为一种发光二极管。为了能彻底地了解本发 明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并 未限定于发光二极管的技术人员所熟悉的特殊细节。另一方面，众所周知的 组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的 优选实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广 泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以所附的权利要 求书为准。
为了降低发光二极管中载子溢流机率，美国专利US 7067838提出一种 具有载子阻挡层(carrier block layer)的发光二极管，其中此载子阻挡层为 AlpInqGai.p.qN (0《p《0.5，并且0《q《0.1)。然而，此载子阻挡层与其下
5的半导体层晶格并不匹配，将会产生显著地极化现象。
类似地，美国专利US 6693307也提出一种由AlGaN材料所形成的溢流 阻挡层(overflow preventing layer)来作为上述的载子阻挡层。但是，此溢 流阻挡层并未解决载子阻挡层中的极化现象。因此，载子阻挡效率依旧会受 到载子阻挡层的倾斜能带影响而减低。
另外，美国专利US 6744064提出一种位于活性层上的多层量子位障， 以解决极化问题。虽然此多层量子位障具有应力补偿(strain-compensating) 效应以解决极化现象，然而根据菲涅尔损失(Fresnd loss)，活性层所发出 的光线将会被多层量子位障的多重界面反射，将会降低光的取出效率。
美国专利US 7115908借由四元化合物所形成的半导体层，以取代传统 的GaN半导体层，以减低极化现象的发生。另外，在[Origin of efficiency droop in GaN画based light-emitting diodes, Kim et al.， APPLIED PHYSICS LETTERS 91， 183507, 2007]的论文中，指出四元化合物AlGalnN形成的量子位障与电 子阻挡层如能分别与量子阱及GaN极化匹配，将可以减少载子溢流。
根据上述，传统的半导体元件仍具有晶格不匹配(Lattice-mismatched)、 在电子阻挡层中仍有较高的极化现象、在多层界面中光线容易散失等等问题 有待解决。
因此，本发明提出在发光二极管的电子阻碍层(electron blocking layer, EBL)与活性层(active layer)之间，借由与电子阻碍层晶格匹配的四元化 合物形成减少极化中间层(reduced polarization interlayer)，可减少该电子阻 碍层与该活性层因晶格不匹配所产生的压电极化(piezoelectricpolarization) 导致的能带倾斜，以降低载子溢流机率。如此一来，载子将更有效地局限于 活性层，借此以提升发光二极管的发光效率。
参考图2所示，其为上述发光二极管的结构示意图。此发光二极管包含 基板101，并在基板101上依序外延形成第一传导层102、活性层(active layer) 103、减少极化中间层(reduced polarization interlayer) 104、电子阻碍层 (electron blocking layer, EBL) 105与第二传导层106，其中上述的第一传 导层102可为n型传导层，并且第二传导层106可为p型传导层。
上述减少极化中间层位于活性层103与电子阻碍层之间，并且减少极化 中间层104与电子阻碍层105的晶格常数(lattice constant)相同，借此以晶
6格匹配(lattice-matched)电子阻碍层105，以减少电子阻碍层105与活性层 103因晶格不匹配所产生的压电极化导致的能带倾斜，以降低载子溢流到第 二传导层106的机率。
另外，电子阻碍层105的能隙(band gap)大于减少极化中间层104的 能隙，并且电子阻碍层105的能隙也大于活性层103的能隙。另外，电子阻 碍层105可为氮化铝镓(AlGaN)，而减少极化中间层104可为AlxInyGai.x.yN， 其中0《x《l， 0《y《l。当然，上述的活性层103可为单量子阱(single quantum well)结构或多量子阱(multiple quantum well)结构。
参考图3A所示，其为无减少极化中间层104的发光二极管的能带 (energy band)示意图，其中虚线表示能带的分布。由图3A可知，电子阻 碍层105与活性层103因晶格不匹配所产生的压电极化所导致的能带倾斜， 将导致载子溢流到第二传导层106的机率大幅提高。
参考图3B所示，其为具有减少极化中间层104的发光二极管的能带示 意图，其中实线表示能带的分布。再参考图3C所示，其为图3A与图3B所 示的发光二极管的能带比较示意图，其中具有减少极化中间层104的发光二 极管的能带(实线)明显地改善了无减少极化中间层104的发光二极管的能 带(虚线)倾斜的问题，使得将载子阻挡回活性层103的机率大幅提升，借 此以增加发光二极管的发光效率。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修改与差异。 因此需要在其附加的权利要求的范围内加以理解，除了上述详细的描述外， 本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。上述仅为本发明的优选实施例 而已，并非用以限定本发明的专利保护范围；凡是其它未脱离本发明所揭示 的精神下所完成的等效改变或修改，均应包含在所述请专利保护范围内。
权利要求
1.一种发光二极管，包含基板；第一传导层，位于该基板上；活性层，位于该第一传导层上；减少极化中间层，位于该活性层上；电子阻碍层，位于该减少极化中间层上，其中该减少极化中间层减少该电子阻碍层与该活性层因晶格不匹配所产生的压电极化导致的能带倾斜，以降低载子溢流机率；以及第二传导层，位于该减少极化中间层上。
2. —种减少极化中间层，位于发光二极管的电子阻碍层与活性层之间， 借此以晶格匹配该电子阻碍层。
3. —种减少极化中间层，位于发光二极管的电子阻碍层与活性层之间， 其中该减少极化中间层与该电子阻碍层的晶格常数相同。
4. 一种减少极化中间层，位于发光二极管的电子阻碍层与活性层之间， 其中该电子阻碍层的能隙大于该减少极化中间层的能隙。
5. 根据权利要求1的发光二极管，其中上述电子阻碍层的能隙大于该减 少极化中间层的能隙。
6. 根据权利要求1的发光二极管，其中上述第一传导层为n型传导层， 第二传导层为p型传导层。
7. 根据权利要求1及4的发光二极管，其中上述电子阻碍层的能隙大于 该活性层的能隙。
8. 根据权利要求l、 2、 3及4的发光二极管，其中上述减少极化中间层 为AlxInyGaLx.yN，并且0《x《1， 0《y《l。
9. 根据权利要求l、 2、 3及4的发光二极管，其中上述电子阻碍层为氮 化铝镓。
10. 根据权利要求l、 2、 3及4的发光二极管，其中上述活性层为单量 子阱结构或多量子阱结构。
全文摘要
本发明提出一种发光二极管及其减少极化中间层，其中发光二极管在电子阻碍层与活性层之间形成由Al<sub>x</sub>In<sub>y</sub>Ga<sub>1-x-y</sub>N材料所组成的减少极化中间层，其中0≤x≤1，0≤y≤1。本发明的发光二极管不会降低发光效率。
文档编号H01L33/00GK101661978SQ20081014728
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月26日 优先权日2008年8月26日
发明者叶颖超, 吴芃逸, 林文禹, 涂博闵, 詹世雄, 黄世晟 申请人:先进开发光电股份有限公司