发明名称 氮化物半导体光发射装置
摘要 一种具有一层单或多量子井结构之活性层之氮化物半导体光发射装置,该活性层由含铟和镓之氮化物半导体制成。提供一层含铝和镓之p型氮化物半导体制成之第一包覆层,其与该活性层之一表面接触。一层含铝和镓之p型氮化物半导体制成之第二p型包覆层提供于该第一p型包覆层上,该第二p型包覆层之带距较第一p型包覆层之带距为大。一层N型半导体层与该活性层之另一表面接触之方式提供。
申请公布号 TW344147 申请公布日期 1998.11.01
申请号 TW084112762 申请日期 1995.11.30
申请人 日亚化学工业股份有限公司 发明人 中村修二;岩佐成人;长滨慎一;清久裕之
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 彭秀霞 台北巿金山南路二段一四五号六楼
主权项 1.一种氮化物半导体光发射装置,包括:一层包括含铟和镓之氮化物半导体之量子井结构活性层,其具有第一和第二主要表面;一层第一P型包覆层,包括含铝和镓之P型氮化物半导体,且以与该活性层之第二主要表面接触之方式提供;一层第二P型包覆层,包括含铝和镓之P型氮化物半导体,其带距较第一P型包覆层为大,且以与该第一P型包覆层接触之方式提供;以及一层N型半导体层,其以与该活性层之第一主要表面接触之方式提供。2.如申请专利范围第1项之装置,其中该第一P型包覆层之厚度在10A至1.0微米之范围。3.一种氮化物半导体光发射装置,包括:一层包括含铟和镓之氮化物半导体之量子井结构活性层,其具有第一和第二主要表面;一层第一N型包覆层,其由含铝和镓之N型氮化物半导体或N型GaN制成,且以与该活性层之第一主要表面接触之方式提供,而该第一N型包覆层之厚度在10A至1.0微米之范围;一层第二N型包覆层,包括具有带距较第一N型包覆层为大之N型氮化物半导体,且以与该第一N型包覆层接触之方式提供;以及一层P型半导体层,其以与该活性层第二主要表面接触之方式提供。4.如申请专利范围第3项之装置其中该第一N型包覆层之厚度在100A至1.0微米之范围。5.一种氮化物半导体光发射装置,包括:一层包括含铟和镓之氮化物半导体之量子井结构活性层,其具有第一和第二主要表面;一层第一N型包覆层,其由含铝和镓之N型氮化物半导体或N型GaN制成,且以与该活性层之第一主要表面接触之方式提供;一层第二N型包覆层,包括具有带距较第一N型包覆层为大之N型氮化物半导体,且以与该第一N型包覆层接触之方式提供;一层第一P型包覆层,其由含铝和镓之P型氮化物半导体且以与该活性层之第二主要表面接触之方式接触;以及一层第二P型包覆层,包括含铝和镓之P型氮化物半导体,其带距较该第一P型包覆层为大,且提供于该第一P型包覆层上。6.如申请专利范围第5项之装置,其中该第一P型包覆层之厚度在10A至1.0微米之范围。7.如申请专利范围第5项之装置,其中该第一N型包覆层之厚度在10A至1.0微米之范围。8.一种氮化物半导体光发射装置,其包括一层量子井结构活性层(包括含铟和镓之氮化物半导体),其安插于N型氮化物半导体层和P型氮化物半导体层之间,该P型氮化物半导体包括P型包覆层,其以与该活性层接触之方式提供,而该P型包覆层包括含铝和镓之P型氮化物半导体,厚度则介于10A至1.0微米之范围。9.如申请专利范围第8项之装置,其中该N型氮化物半导体层由N型GaN或含铟和镓之N型氮化物半导体制成。10.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层量子井结构之活性层,安插于N型氮化物半导体层和P型氮化物半导体层之间,该活性层包括含铟和镓之氮化物半导体,且以厚度不厚于70A之井层提供。11.如申请专利范围第10项之装置,其中该活性层为多量子井结构,包括厚度不厚于150A之阻碍层。12.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层具有第一和第二主要表面之量子井结构之活性层,且包括含铟和镓之氮化物半导体;该第一N型包覆层包括含铟和镓之N型氮化物半导体。13.如申请专利范围第12项之装置,其中该活性层和该第一N型包覆层之总厚度为300A或更厚。14.如申请专利范围第12项之装置,另包括一层N型GaN形成之接触层,且以与第一N型包覆层或该活性层第一主要表面接触方式提供。15.如申请专利范围第12项之装置,另包括一层第二N型包覆层,包括含铝和镓之N型氮化物半导体,且以与第一N型包覆层接触方式提供。16.如申请专利范围第12项之装置,另包括一层N型GaN形成之N型接触,且以与该第二N型包覆层接触方式提供。17.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层具有第一和第二主要表面之量子井结构之活性层(其包括含层和镓之氮化物半导体),以及一层第一P型包覆层(其包括含铟和镓之P型氮化物半导体)。18.如申请专利范围第17项之装置,其中该活性层为和该第一P型包覆层之总厚度为300A或更厚。19.如申请专利范围第17项之装置,另包括一层P型GaN形成之P型接触层,且以与该第一P型包覆层接触之方式提供。20.如申请专利范围第17项之装置,另包括一层P型氮化物半导体形成之第二P型包覆层,且以与该第一P型包覆层接触之方式提供。21.如申请专利范围第20项之装置,另包括一层P型GaN形成之P型接触层,且以与该第二P型包覆层接触之方式提供。22.一种氮化物半导体光发射装置,包括:一层活性层,该活性层为量子井结构,其包括含铟和镓之氮化物半导体,且具有第一和第二主要表面;一层N型包覆层,包括不含铝之N型氮化物半导体,且以与该活性层之第一主要表面接触之方式提供;以及一层包括P型氮化物半导体且具有一表面区域之P型包覆层,至少该表面区域包括含铝和镓之P型氮化物半导体,该P型包覆层以与该活性层第二主要表面接触之方式提供。23.如申请专利范围第22项之装置,其中该P型包覆层由第一P型层构成(该第一P型层活性层包括不含铝之P型氮化物半导体),且以与该活性层第二主要表面直接接触之方式提供,而第二P型层包括含铝和镓之P型氮化物半导体,且提供于该第一P型层上。24.如申请专利范围第22项之装置,其中该活性层和该第一N型包覆层之总厚度为300A或更厚。25.如申请专利范围第22项之装置,其中该活性层、该第一N型包覆层以及该P型包覆层之第一P型层之总厚为300A或更厚。26.如申请专利范围第22项之装置,另包括一层第二N型包覆层(其包括铝和镓之N型氮化物半导体),且以与该第一N型包覆层接触之方式提供。27.如申请专利范围第22项之装置,另包括一层N型GaN形成之N型接触层,且以与该第一N型包覆层接触之方式提供。28.如申请专利范围第26项之装置,另包括一层N型GaN形成之N型接触层,且以与该第二N型包覆层接触之方式提供。29.如申请专利范围第22项之装置,另包括一层P型GaN形成之P型接触层,且以与P型包覆层接触之方式提供。30.如申请专利范围第22项之装置,另包括一层作为光反射膜之第一多层膜(其包括至少二层不同组成之氮化物半导体层),且以位于该第一N型包覆层之外侧面上提供。31.如申请专利范围第22项之装置,另包括一层作为光反射膜之第二多层膜(其包括至少二层不同组成之氮化物半导体层),且以位于该第P型包覆层层之外侧面上提供。32.如申请专利范围第30项之装置,另包括一层N型GaN形成之N型接触层,且以与该第一多层膜接触之方式提供。33.如申请专利范围第31项之装置,另包括P型GaN形成之P型接触层,且以与该第二多层膜接触之方式提供。34.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层含氮化物半导体之量子井结构之活性层,一个负电极、一个正电极、一个与该负电极接触之N型GaN接触层以及一层与该正电极接触之P-GaN接触层。35.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层具有第一和第二主要表面之量子非活性层(其包括含铟和镓之氮化物半导体)以及一层第一N型包覆层;该N型包覆层包括含铟和镓之N型氮化物半导体,其带距较该活性层之带距为宽,且以与该活性层之第一主要表面接触之方式提供。36.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层具有第一和第二主要表面之量子井活性层(其包括含铟和镓之氮化物半导体)以及一层第一P型包覆层;该P型包覆层包括含铟和镓之P型氮化物半导体,其带距较该活性层之带距为大,且以与该活性层之第二主要表面接触之方式提供。37.如申请专利范围第35项之装置,另包括含铝和镓之N型氮化物半导体制成之第二N型包覆层,其具有较该第一N型包覆层为大之带距,且以与该第一N型接触之方式提供。38.如申请专利范围第36项之装置,另包括含铝和镓之P型氮化物半导体组成之第二P型包覆层,且具有较第一P型包覆层为大之带距,且以与该第一P型包覆层接触之方式提供。39.如申请专利范围第32项之装置,另包括一层N型GaN形成之N型接触层,且以与该第一N型包覆层或该活性层第一主要表面接触之方式提供。40.如申请专利范围第37项之装置,另包括一层N型GaN形成之N型接触层,且以与该第二N型包覆层接触之方式提供。41.如申请专利范围第36项之装置,另包括一层P型GaN形成之P型接触层,且以与该第一P型包覆层接触之方式提供。42.如申请专利范围第38项之装置,另包括P型GaN形成之P型接触层,且以与该第二P型包覆层接触之方式提供。43.如申请专利范围第40项之装置,另包括作为光反射膜之第一多层膜(其包括至少二层不同组成之氮化物半导体层),且以介于该第二N型包覆层和该N型接触层之间或于该N型接触层中提供。44.如申请专利范围第43项之装置,其中形成该第一多层膜之二层氮化物半导体层之一为含铟和镓之氮化物半导体或GaN而另一层为含铝和镓之氮化物半导体。45.如申请专利范围第42项之装置,另包括作为光反射膜之第二多层膜(其包括至少二层不同组成之氮化物半导体层),且以介于该第二P型包覆层和该P型接触层之间或于该P型接触层中提供。46.如申请专利范围第45项之装置,其中形成该第二多层膜之二层氮化物半导体层之一为含铟和镓之氮化物半导体或GaN,而另一层为含铝和镓之氮化物半导体。47.一种氮化物半导体光发射装置,包括:一层包括含铟和镓之量子井活性层,其具有第一和第二主要表面;一层包括含铟和镓N型氮化物半导体之第一N型包覆层,其具有较活性层为大之带距,且以与该活性层之第一主要表面接触之方式提供;一层包括含铟和镓之P型氮化物半导体之第一P型包覆层,其具有较该活性层为大之带距,且以与该活性层第二主要表面接触之方式提供;一层包括含铟和镓之N型氮化物半导体之第二N型包覆层,其具有较该第一N型包覆层为大之带距,且以与该第一N型包覆层接触之方式提供;以及一层包括含铝和镓之P型氮化物半导体之第二P型包覆层,其具有较该第一P型接触层为大之带距,且提供于该第一P型包覆层上。48.如申请专利范围第47项之装置,另包括P型GaN形成且与该第二P型包覆层接触之P型接触层,以及N型GaN形成且与该第二N型包覆层接触之N型接触层。49.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层活性层,该活性层包括至少含铟之氮化物半导体,且安插于第一N型包覆层(其包括热膨胀系数较该活性层为小之N型氮化物半导体)和第一P型包覆层(其包括热膨胀系数较该活性层为小之P型氮化物半导体)之间;其中该活性层为单量子井结构或多量子井结构,因此发射出能量较形成该活性层之氮化物半导体固有带距能量为小之光。50.如申请专利范围第49项之装置,其中该活性层包括一层厚度不高于100A之井层。51.如申请专利范围第49项之装置,其中该第一N型包覆层由InxGa1-xN形成,其中0≦X<1。52.如申请专利范围第49项之装置,其中该第一P型包覆层由P型AlyGa1-yN形成,其中0≦y≦1。53.如申请专利范围第49项之装置,另包括一层含N型氮化物半导体之第二N型包覆层,且以与该第一N型包覆层接触之方式提供。54.如申请专利范围第53项之装置,其中该第二N型包覆层由N型AlaGa1-aN形成,其中0≦a≦1。55.如申请专利范围第49项之装置,另包括一层含P型氮化物半导体之第二P型包覆层,且以与该第一P型包覆层接触之方式提供。56.如申请专利范围第55项之装置,其中该第二P型包覆层由P型AlbGa1-bN形成,其中0≦b≦1。57.如申请专利范围第49项之装置,其中该活性层掺以施体杂质(donor impurity)和/或受体杂质(acceptorimpurity)。58.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层含铟N型氮化物半导体或N型GaN制成之第一N型包覆层,以及一层包括含铟氮化物半导体之活性层,该活性层之热膨胀系数较该第一N型包覆层为大,且以与该第一N型包覆层接触之方式提供;其中该活性层为单或多量子井结构,因此发射较形成该活性层之氮化物半导体固有带距能量为低之光。59.如申请专利范围第58项之装置,其中该活性层和该第一N型包覆层之总厚度为300A或更厚。60.一种氮化物半导体光发射装置,包括一层含铟N型氮化物半导体组成之活性层,以及一层含铝P型氮化物半导体组成之第一P型包覆层,该包覆层具有较该活性层为大之热膨胀系数,且以与该活性层接触之方法提供;其中该活性层为单或多量子井结构,因此可发射能量较形成活性层之氮化物半导体之固有带距能量为低之光。61.一种氮化物半导体光发射二极体装置,包括:一种基质;一层N型GaN形成且提供于该基质上之N型层;一层P型InGaN之单或多量子井结构之活性层,其提供于该N型层上;一层P型AlGaN形成之第一P型层,其提供于该活性层上;以及一层P型GaN形成之第二P型层,其提供于该第一P型层上。图式简单说明:第一图为说明根据本发明第一较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第二图为说明根据本发明第二较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第三图为说明根据本发明第三较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第四图为显示根据本发明第一较佳具体实施例之第一P型包覆层厚度和发射出力间之关系图。第五图为显示根据本发明第二较佳具体实施例之第一N型包覆层厚度和发射出力间之关系图。第六图为井层厚度和发射出力间之关系图。第七图为障碍层厚度和发射出力间之关系图。第八图为显示本发明光发射装置输出与习用光发射装置出力之比较图。第九图为说明根据本发明第五较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十图为说明根据本发明第六较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十一图为说明根据本发明第七较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十二图为说明根据本发明另一较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十三图为第十二图结构之透视图。第十四图为说明根据本发明第八较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十五图为说明根据本发明又一较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十六图为说明根据本发明第九较佳具体实施例之光发射装置结构之截面示意图。第十七图为显示井层厚度与发射光波峰波长间之关系图。
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