[发明专利]半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，尤其关于一种半导体发光元件。

背景技术

半导体发光元件例如发光二极管和激光二极管广泛应用于例如显示器、 照明及通讯等不同领域。其发光原理是使半导体发光元件中产生如电子和空 穴的载流子于活性区结合后以产生光子，其中部分光子逃离半导体发光元件 而输出光线。亮度为发光元件的特性参数之一，与特定周期内所发射的光子 数目有关。利用不同的方法，如：于活性区内增加电子空穴的结合，可以增 加半导体发光元件的亮度。

一些半导体发光元件的活性区为量子阱结构，其中量子阱层的厚度为数 纳米至数十纳米。利用已知外延技术，如：有机金属化学气相沉积法(MOCVD) 或分子束外延法(MBE)可达到控制厚度的目的。由于量子阱层厚度相当小， 电子和空穴会在量子阱层内产生量子局限效应，使元件具有优选的性能表 现。然而，当大量载流子注入时，单一量子阱无法捕获全部的注入载流子， 造成半导体发光元件的亮度及输出功率有极限值。当多重量子阱活性区取代 单一量子阱活性区时，可形成成为高功率、高亮度的半导体发光元件。

在多重量子阱半导体发光元件中，其活性区包含多对量子阱层/障壁层交 互叠层。n型局限层设置于活性区的一侧，p型局限层置于活性区的另一侧， 分别来自n型局限层和p型局限层的电子和空穴被注入于活性区内。在活性 区中，电子和空穴以相反方向移动，当它们到达同一个量子阱时可以彼此结 合。因此，愈靠近n型局限层的电子密度较高，且随着远离n型局限层而逐 渐降低；相同地，愈靠近p型局限层的空穴密度较高，且随着远离p型局限 层而逐渐降低。因为空穴的迁移率及扩散系数比电子小，所以空穴密度降低 的速度比电子密度降低的速度快。靠近p型局限层的量子阱中电子空穴结合 数目较多，靠近n型局限层的量子阱中电子空穴结合数目较少。当量子阱数 目越多时，例如：数十个量子阱，此偏向一侧结合的情形更为明显。因此， 靠近n型局限层有许多被注入的电子没有机会和空穴结合产生光线而被消耗 于其他的结合方式。

当p型局限层为高浓度杂质掺杂时，因为p型杂质有较高的扩散性，所 以可缓和上述问题。即使p型杂质于成长p型局限层时与之结合，仍有机会 扩散进活性区。p型杂质扩散进活性区中可于元件操作时提供额外的空穴并 提升元件亮度。然而，上述问题并无法彻底解决，因为太多量子阱时，p型 杂质仍无法扩散至整个活性区，靠近n型局限层的量子阱层因此仍缺少可与 电子结合的空穴，使半导体发光元件亮度无法提升。此外，p型杂质扩散进 活性区内，不仅存在于障壁层也存在于量子阱层，因此在量子阱层形成非放 射性结合中心，这些非放射性结合中心会损耗部分的注入载流子，不利于元 件亮度提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体元件，以解决上述问题。

根据本发明提供半导体元件，包括提供基板，第一局限层形成于基板之 上，活性区形成于第一局限层之上，及第二局限层形成于活性区之上，其中 活性区包括掺杂杂质的第一型障壁层及未掺杂杂质的第二型障壁层，且第一 型障壁层较第二型障壁层更接近第一局限层。

根据本发明提供半导体元件，包括提供永久基板，接合层形成于永久基 板之上，第二局限层形成于接合层之上，活性区形成于第二局限层之上，及 第一局限层形成于活性区之上，其中活性区包括掺杂杂质的第一型障壁层及 未掺杂杂质的第二型障壁层，且第一型障壁层较第二型障壁层更接近第一局 限层。

附图说明

图1为依据本发明实施例一的半导体发光元件100的结构图。

图2为依据本发明实施例一的半导体发光元件100的活性区详细结构放 大图。

图3描述本发明半导体发光元件活性区掺杂及未掺杂时的亮度-电流关 系图。

图4为依据本发明实施例四的半导体发光元件400的结构图。

附图标记说明

100：半导体发光元件

102：基板

104：缓冲层

106：第一局限层

108：多重量子阱(井)活性区

108-2：障壁层

108-2a：掺杂障壁层

108-2b：未掺杂障壁层

108-4：量子阱层

110：第二局限层

112：转换层