发明名称 发光元件及其制造方法、可视光发光装置
摘要 发光元件1,系具有由p型被覆层2、活性层33以及 n型被覆层34所依序积层而得之发光层部,且p型被覆层2系由p型MgxZn1-xO(其中,0<x≦1)层所构成。再者,藉由MOVPE法来形成该层,则可有效地抑制成膜中之氧缺陷的发生,得到具有良好之特性的p型MgxZn1-xO层。
申请公布号 TW515115 申请公布日期 2002.12.21
申请号 TW090129606 申请日期 2001.11.30
申请人 信越半导体股份有限公司 发明人 石崎顺也;山田雅人
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 林镒珠 台北市长安东路二段一一二号九楼
主权项 1.一种发光元件,其特征在于,具有由n型被覆层、活性层以及p型被覆层所依序积层而得之发光层部,且前述p型被覆层系由p型MgxZnl-xO(其中,0<x≦1)层所构成者。2.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,前述p型MgxZnl-xO层系含有N、Ga、Al以及In之1种或至少2种作为p型掺杂物。3.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,前述活性层系由:在与前述p型MgxZnl-xO层之间形成类型Ⅱ之带线增(band linear-up)之半导体所形成者。4.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,前述活性层系InGaN层。5.如申请专利范围第3项之发光元件,其中,前述活性层系InGaN层。6.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,前述活性层系由:在与前述p型MgxZnl-xO层之间形成类型I之带线增之半导体所形成者。7.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,前述活性层系MgyZnl-yO层(其中,0≦y<1.x>y)。8.如申请专利范围第6项之发光元件,其中,前述活性层系MgyZnl-yO层(其中,0≦y<1.x>y)。9.如申请专利范围第7项之发光元件,其中,前述n型被覆层系n型MgzZnl-zO层(其中,0≦z<1)。10.如申请专利范围第8项之发光元件,其中,前述n型被覆层系n型MgzZnl-zO层(其中,0≦z<1)。11.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,前述p型MgxZnl-xO层之与前述活性层相接之相反侧的表面系由导电性材料或半导体材料所构成之保护层被覆着。12.如申请专利范围第11项之发光元件,其中,前述p型MgxZnl-xO层具有:在层厚方向由氧离子充填层与金属离子充填层所交互积层之构造,且前述保护层系藉前述氧离子充填层作接触。13.如申请专利范围第11项之发光元件,其中,前述保护层系透明导电材料层。14.如申请专利范围第13项之发光元件,其中,前述透明导电材料层系兼做为发光通电用之电极。15.如申请专利范围第11项之发光元件,其中,前述保护层系p型化合物半导体层。16.如申请专利范围第15项之发光元件,其中,前述p型化合物半导体层系兼做为电流扩散层。17.如申请专利范围第11项之发光元件,其中,前述保护层系金属层。18.如申请专利范围第17项之发光元件,其中,前述金属层系兼做为自前述n型被覆层侧取光之际之光反射层。19.如申请专利范围第17项之发光元件,其中,前述金属层系兼做为发光通电用之电极。20.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长400-570nm之可视光进行发光之能带隙能(band-gap energy)者。21.如申请专利范围第4项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长400-570nm之可视光进行发光之能带隙能者。22.如申请专利范围第5项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长400-570nm之可视光进行发光之能带隙能者。23.如申请专利范围第7项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长400-570nm之可视光进行发光之能带隙能者。24.如申请专利范围第8项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长400-570nm之可视光进行发光之能带隙能者。25.如申请专利范围第1项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长280-400nm之紫外线进行发光之能带隙能者。26.如申请专利范围第4项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长280-400nm之紫外线进行发光之能带隙能者。27.如申请专利范围第5项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长280-400nm之紫外线进行发光之能带隙能者。28.如申请专利范围第7项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长280-400nm之紫外线进行发光之能带隙能者。29.如申请专利范围第8项之发光元件,其中,做为构成前述活性层之半导体,系选择具有可于波长280-400nm之紫外线进行发光之能带隙能者。30.一种发光元件之制造方法,系用以制造申请专利范围第1-29项中任一项之发光元件;其特征在于,以有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层。31.如申请专利范围第30项之发光元件之制造方法,其中,前述有机金属气相生长法系在具有1.33103Pa以上之压力的环境气氛中进行着。32.如申请专利范围第30项之发光元件之制造方法,其中,做为p型掺杂物系使用金属元素掺杂物,于进行前述p型MgxZnl-xO层之气相生长之际,以含有至少一个烷基之有机金属的形式来供给前述金属元素掺杂物。33.如申请专利范围第32项之发光元件之制造方法,其中,前述金属元素掺杂物系Ga、Al、In以及Li之1种或至少2种。34.如申请专利范围第33项之发光元件之制造方法,其中,做为p型掺杂物系让N连同Ga、Al、In以及Li之1种或至少2种所构成之金属元素掺杂物一起使用,于进行前述p型MgxZnl-xO层之气相生长之际,供给做为N源之气体与做为金属元素掺杂源之有机金属。35.如申请专利范围第30项之发光元件之制造方法,其中,前述n型被覆层、前述活性层以及前述p型MgxZnl-xO层系于基板上依序形成。36.如申请专利范围第31-34项中任一项之发光元件之制造方法,其中,前述n型被覆层、前述活性层以及前述p型MgxZnl-xO层系于基板上依序形成。37.如申请专利范围第30项之发光元件之制造方法,其中,前述n型被覆层、前述活性层以及前述p型MgxZnl-xO层之积层构造,系让与前述活性层之单侧所二分者相当之第一部份以及第二部分个别于基板上形成,然后将该等第一部份与第二部分互相贴合。38.如申请专利范围第31-34项中任一项之发光元件之制造方法,其中,前述n型被覆层、前述活性层以及前述p型MgxZnl-xO层之积层构造,系让与前述活性层之单侧所二分者相当之第一部份以及第二部分个别于基板上形成,然后将该等第一部份与第二部分互相贴合。39.如申请专利范围第37项之发光元件之制造方法,其中,前述第一部份系含有p型MgxZnl-xO层,前述第二部分系含有前述n型被覆层与前述活性层所成之积层体。40.如申请专利范围第38项之发光元件之制造方法,其中,前述第一部份系含有p型MgxZnl-xO层,前述第二部分系含有前述n型被覆层与前述活性层所成之积层体。41.如申请专利范围第30项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。42.如申请专利范围第31-34项中任一项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。43.如申请专利范围第35项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。44.如申请专利范围第36项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。45.如申请专利范围第37项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。46.如申请专利范围第38项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZn1-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。47.如申请专利范围第39项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。48.如申请专利范围第40项之发光元件之制造方法,其中,于生长容器之内部空间所配置之基板的主表面上藉有机金属气相生长法来形成前述p型MgxZnl-xO层之际,系对于前述内部空间,自氧源气体喷出口供给氧源气体,又,自有机金属喷出口(以到前述主表面之距离较前述氧源气体喷出口为近的方式所形成)供给做为Mg源以及/或是Zn源之有机金属。49.一种可视光发光装置,其特征在于,具有:半导体紫外线发光元件,系具有由n型被覆层、活性层以及p型被覆层所依序积层而得之发光层部,且前述p型被覆层系由p型MgxZnl-xO(其中,0<x≦1)层所构成;以及萤光体,其可接收来自前述半导体紫外线发光元件之紫外线照射而发出可视光。50.如申请专利范围第49项之可视光发光装置,系对在基体上所形成之萤光体层照射来自前述半导体紫外线发光元件之紫外线。51.如申请专利范围第50项之可视光发光装置,其中,前述半导体紫外线发光元件系设置复数个,藉由来自各半导体紫外线发光元件之紫外线让对应之萤光体层发光。52.如申请专利范围第51项之可视光发光装置,系做为藉由复数之前述半导体紫外线发光元件让对应之萤光体层同时发光之照明装置来构成之。53.如申请专利范围第52项之可视光发光装置,其中,与前述复数之半导体紫外线发光元件对应之萤光体层系在横向连接一体形成。54.如申请专利范围第51项之可视光发光装置,其中,在构成显示装置时,系使得由前述半导体紫外线发光元件(紫外线发光状态可个别控制)与对应之萤光体层之组所构成之显示单位沿着显示面来复数配置,以各显示单位之萤光体层做为画素,基于该等画素之发光状态的组合来进行画像显示。55.如申请专利范围第50-54项中任一项之可视光发光装置,其中,前述基体与前述萤光体层系以平面方式来形成。56.如申请专利范围第50-54项中任一项之可视光发光装置,其中,前述基体系以透明基板来构成,于该透明基板之单面形成有前述萤光体层,又在此面之相反面系以对向的方式配置着前述半导体紫外线发光元件之取光面,来自前述半导体紫外线发光元件之紫外线系透过前述透明基盘而照射于前述萤光体层。57.如申请专利范围第55项之可视光发光装置,其中,前述基体系以透明基板来构成,于该透明基板之单面形成有前述萤光体层,又在此面之相反面系以对向的方式配置着前述半导体紫外线发光元件之取光面,来自前述半导体紫外线发光元件之紫外线系透过前述透明基盘而照射于前述萤光体层。图式简单说明:图1所示系本发明之发光元件之示意图。图2所示系MgZnO之结晶构造之示意图。图3所示系MgZnO层之金属离子与氧离子之配置形态之示意图。图4所示系藉由环境气氛压力来将形成MgZnO层之际所产生之氧脱离加以抑制之状态说明图。图5A所示系令MgZnO层以单结晶层的方式来形成之例子之示意图。图5B所示系令MgZnO层以c轴配向多结晶层的方式来形成之例子的示意图。图6所示系有关本发明之发光元件之第一实施形态之截面示意图。图7所示系有关本发明之发光元件之第二实施形态之截面示意图。图8A系使用类型I与类型Ⅱ之带线增之接合构造之发光元件的能带示意图。图8B系使用类型I与类型Ⅱ之带线增之接合构造之其他的发光元件的能带示意图。图9A所示系图6之发光元件之制程之一例的说明图。图9B系图9A之后续制程图。图9C系图9B之后续制程图。图9D系图9C之后续制程图。图10A所示系图11之发光元件之制程之一例之说明图。图10B系图10A之后续制程图。图10C系图10B之后续制程图。图10D系图10C之后续制程图。图11所示系有关本发明之发光元件之第三实施形态之截面示意图。图12所示系图11之发光元件之第一变形例之截面示意图。图13所示系图11之发光元件之第二变形例之截面示意图。图14所示系有关于本发明之发光元件之第四实施形态之截面示意图。图15所示系有关于本发明之发光元件之第五实施形态之截面示意图。图16所示系有关于本发明之发光元件之第六实施形态之截面示意图。图17系使用类型I之带线增之接合构造之发光元件的能带示意图。图18A所示系图16之发光元件之制程之一例的说明图。图18B系图18A之后续制程图。图18C系图18B之后续制程图。图18D系图18C之后续制程图。图19A所示系以黏合方式来制造本发明之发光元件之方法的一例之制程说明图。图19B系图19A之后续制程图。图20A系本发明之发光元件之作用说明图。图20B系本发明之发光元件之其他作用说明图。图21系本发明之可视光发光装置之原理说明图。图22所示系将本发明之可视光发光装置构成为照明装置之第一例的截面示意图。图23所示系将本发明之可视光发光装置构成为照明装置之第二例的截面示意图。图24所示系将本发明之可视光发光装置构成为照明装置之第三例的截面示意图。图25所示系将本发明之可视光发光装置构成为照明装置之第四例的截面示意图。图26A系使用本发明之可视光发光装置之显示装置的原理说明图。图26B系图26A后续之原理说明图。图27所示系有关于本发明之发光元件之第七实施形态之截面示意图。图28A所示系图27之发光元件之制程之一例的说明图。图28B系图28A之后续制程图。图29所示系将本发明之可视光发光装置构成为照明装置之第二例的截面示意图。图30所示系将本发明之可视光发光装置构成为照明装置之第三例的截面示意图。图31所示系将本发明之可视光发光装置构成为显示装置之第二例之示意图。图32系以概略地表示藉MOVPE法来形成MgZnO层之装置之一例之图。
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