作为用于发光器件,诸如希望发射从紫外光到红光范围光的LED 或LD器件的材料,众所周知为氮化物半导体材料(InxAlyGa1-x-yN;0≤ X,0≤Y,X+Y≤1),并且兰光和兰绿光LED已实际用于例如显示器 或
信号器中。
诸如由氮化物半导体材料形成的兰光LED或兰绿光LED和目前 实际使用的发光器光具有双
异质结构,这种发光器件基本构造是这样 的,由n型GaN组成的n-型
接触层,由n-型AlGaN组成的n-型
覆盖 层,由n-型InGaN组成的n-型有源层,由p型AlGaN组成的p-型覆盖 层,由p-型AlGaN组成的p-型
覆盖层以及由p-型GaN组成的p-型接 触层,按上述的次序,层叠在由例如兰
宝石制作的衬底上而制成。该 有源层掺以施主杂质,比如Si或G,和/或掺以受主杂质,比如Mn或 Mg。LED器件的光发射
波长可以通过改变有源层的InGaN组份中的In 含量,或改变掺入有源区杂质的种类而从紫外光区变到红光区。目前 实际应用的LED是一种发射波长为510nm以下的LED,它的有源层掺 以施主和受主两种杂质。该LED还具有处于衬底与n-型接触层之间的 例如由GaN或AlN所形成的
缓冲层。
另一方面,迄今为止,对LD器件的结构已有许多建议。举例说, 未审查的日本
专利申请公开(KoKai)6-21511揭示了一种分离约束型 LD,该LD具有一种这样的结构,其中把由InGaN组成的有源层且厚 度不超过100埃,插在n-型GaN层和p-型GaN层之间,所得的复合结 构还进一步夹在一n-型AlGaN层和一p-型AlGaN层之间。两个AlGaN 层起一种光约束层的作用。
通过如上所述的LED器件内的双
异质结构的实现,已可以提高发 光输出,因而使LED器件实际被使用。然而,由于此种LED器件利用 掺以杂质的InGaN层作为有源层,这种LED器件带有一种缺点,即其 发射
光谱的半带宽不可避免地变宽,例如,装着具有宽的半带宽度发 光谱的LED器件的全彩色显示器会呈现出一种稍带白的发射光,从而 使其色彩再现区域变窄。
至于LD器件,在包括由,如在上述的未审查日本专利申请公开 6-21511号所描述的非掺杂InGaN形成的有源层的双异质结构中,理论 上可以实现激光振荡,但是,这种双异质结构仍不能获得激光振荡。 人们希望通过把有源层变成如这份专利申请公开所描述的一种
量子阱 结构而大大提高发射输出。但是,在LD器件可以实际应用之前,还有 许多问题有待解决,诸如光学谐振面或光学约束层的制备等问题。
为了实用LD器件,其有源层要呈现一种尖锐且强烈的能带到能 带发射。即使LED器件,也可以获得窄半带宽的发射谱,这要以能够 实现能带到能带发射为条件。然而,常规LED器件的有源层厚度相当 厚,即0.1到0.2μm,因此在AlGaN层上异质外还生长的InGaN厚度 就已超过临界厚度,所以不可能以常规的LED器件去实现坚锐且强烈 的能带到能带发射。即不能实现激光振荡。同时,如果为上述未审查 的日本专利申请6-21511所示那样使有1元层大大变薄,从而使LED 器件形成量子阱结构,有可能获得强的带一带发射。可是,如果要使 有源层的厚度变薄,则对光的约束作用会变成不足,于是使其无法实 现激光振荡。
所以,本发明的第一个目的是提供一种能产生优良激光振荡的氮 化物半导体发光器件。
本发明的第二个目的是提供一种能呈现出提高发射输出的氮化物 半导体发光器件。
从下面的详细描述将使这些和其他目的变得更清楚,根据本发明 的该
氮化物半导体发光器件包括:
一量子阱结构的一有源层包括含有铟和镓的氮化物半导体,并且 具有第一和第二主表面;
一第一p-型覆盖层包括一含有
铝和镓的p-型氮化物半导体,且提 供与该有源层的第二主表面相接触;
第二p-型覆盖层包括一含有铝和镓且带隙大于第一p-型覆盖层 的p-型氮化物半导体,且设置在第一p-型覆盖层之上;以及
一n型半导体层,与有源层的第一主表面相接触。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:
一有源层由一量子阱结构组成,它包括一含有铟和镓的氮化物半 导体,且具有第一和第二主表面;
第一n-型覆盖层由含有铝和镓的n-型氮化物半导体或一n-型GaN 构成,且提供与该有源层的该第一主表面相接触,而该第一n-型覆盖 层厚度范围在10埃至1.0μm内;
第二n-型覆盖层包括一带隙大于第一n-型覆盖层的n-型氮化物 半导体,且设置在第一n-型覆盖层上;以及
一p-型半导体层与该有源层的该第一主表面相接触。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:
一量子阱结构的有源层,包括含有铟和镓的氮化物半导体,且具 有第一和第二主表面;
第一n-型覆盖层由含有铝和镓的n-型氮化物半导体或n-型GaN构 成,且设置成与该有源层的该第一主表面相接触;
第二n-型覆盖层包括一具有带隙大于第一n-型覆盖层的n-型氮 化物半导体,且使之设置在该第一n-型覆盖层上;
第一p-型覆盖层包括一含有铝和镓的p-型氮化物半导体,且设置 成与该有源层的该第二主表面相接触;以及
第二p-型覆盖层包括一含有铝和镓的n-型氮化物半导体,它具有 大于该第一p-型覆盖层的带隙,且使之设置在该第一p-型覆盖层上。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一量子 阱结构的有源层,它包括一含有铟和镓的氮化物半导体并且插在一n- 型氮化物半导体层和一p-型半导体层之间,该p-型半导体层包括一设 置成与有源层相接触的p-型覆盖层,该p-型覆盖层又包括一含有铝和 镓的p-型氮化物半导体和具有10埃至1.0μm范围内厚度。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一安插 在一n-型氮化物半导体层和一n-型半导体层间的量子阱结构的有源层, 该有源层包括一含有铟和镓的氮化物半导体,以及设有一厚度不大于 70埃的阱层。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一具有 第一和第二主表面的量子阱结构的有源层,和包括一含有铟和镓的氮 化物半导体;以及第一n-型覆盖层包括一含有铟和镓的氮化物半导体。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一具有 第一和第二主表面的量子阱结构的有源层,和包括一含有铟和镓的氮 化物半导体;以及第一p-型覆盖层包括一含有铟和镓的p-型氮化物半 导体。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:
一有源层,包括一含有铟和镓的氮化物半导体,且具有第一和第 二主表面;
第一n-型覆盖层,包括一不含铝的n-型氮化物半导体,且使之设 置成与该有源层的第一主表面相接触;以及
一p-型覆盖层,包括一p-型氮化物半导体和具有一表面区域,至 少该表面区域包括一含有铝和镓的p-型氮化物半导体,该p-型覆盖层 设置成与该有源层的该第二主表面相接触。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一包括 一氮化物半导体的量子阱结构的有源层;一负
电极;一正电极;所设 置成与负电极相接触的一n-型GaN接触层;以及所设置成与该正电极 相接触的一p-型GaN接触层。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一有源 层,具有第一和第二主表面,且包括一含有铟和镓的氮化物半导体; 以及第一n-型覆盖层,包括含有铟和镓的n-型氮化物半导体,具有比 该有源层还大的带隙,且设置为与该有源层的第一主表面相接触。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一有源 层,具有第一和第二主表面,和包括一含有铟和镓的氮化物半导体; 以及第一p-型覆盖层包括一含有铟和镓的p-型氮化物半导体,具有比 该有源层还大的带隙,且设置成为与该有源层的第二主表面相接触。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:
一有源层,包括一含有铟和镓的氮化物半导体,并且具有第一和 第二主表面;
第一n-型覆盖层,包括一含有铟和镓的n-型氮化物半导体,具有 比该有源层的带隙更大的带隙,而且设置成为与该有源层的第一主表 面相接触;
第一p-型覆盖层包括一含有铟和镓的p-型氮化物半导体,具有比 该有源层的带隙更大的带隙,而且设置成为与该有源层的第二主表面 相接触;
第二n-型覆盖层包括一含有铝和镓的n-型氮化物半导体,具有比 该第一n-型覆盖层的带隙更大的带隙,而且设置成与该第一n-型覆盖 层相接触;以及
第二p-型覆盖层包括一含有铝和镓的p-型氮化物半导体,具有比 该第一p-型覆盖层的带隙更大的带隙,而且设置在该第一p-型覆盖层 上。
根据本发明,还提供了一种氮化物半导体发光器件,包括一个有 源层,它包括至少含有铟的氮化物半导体,且插在一第一n-型覆盖层 和一第一p型覆盖层之间,该第一n型覆盖层由n-型氮化物半导体构 成,其
热膨胀系数小于有源层的
热膨胀系数,该第一p型覆盖层由p- 型氮化物半导体构成,其热膨胀系数小于有源层的热膨胀系数;
其中,该有源层是具有一单量子阱结构或一多量子阱结构的,从 而发射一种比形成该有源层的氮化物半导体的固有带隙
能量还低的能 量的光。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一由一 含有铟的n-型氮化物半导体或由一n-型GaN制成的第一n-型覆盖层; 以及一有源层包括一含有铟的氮化物半导体,具有比该第一n-型覆盖 层的热膨胀系数还大的热膨胀系数并且设置成与该第一n-型覆盖层相 接触,其中,该有源层是具有一单量子阱结构或具有多量子阱结构的, 从而发射一种比形成该有源层的该氮化物半导体的固有带隙能量还低 的能量的光。
根据本发明,还提供一种氮化物半导体发光器件,包括:一有源 层包括一含有铟的氮化物半导体;以及第一p-型覆盖层包括一含有铝 的p-型氮化物半导体,具有比该有源层的热膨胀系数还大的热膨胀系 数并且设置成与该有源层相接触,其中,该有源层是具有一单量子阱 结构或具有多量子阱结构的,从而发射比形成该有源层的该氮化物半 导体的固有带隙能量更低的能量的光。
附图说明
图1是示意性说明根据本发明第1
实施例的发光器件结构的剖面 图;
图2是示意性说明根据本发明第2实施例的发光器件结构的剖面 图;
图3是示意性说明根据本发明第3实施例的发光器件结构的剖面 图;
图4是表示根据本发明第1实施例的第一p-型覆盖层的厚度与发 射输出之间的关系曲线;
图5是表示根据本发明第2实施例的第一n-型覆盖层的厚度与发 射输出之间的关系曲线;
图6是表示阱层厚度与发射输出之间的关系曲线;
图7是表示势垒层厚度与发射输出之间的关系曲线;
图8是表示与常规的发光器件比较,本发明的发光器件的输出图 表;
图9是示意性说明根据本发明第4实施例的发光器件结构的剖面 图;
图10是示意性说明根据本发明第5实施例的发光器件结构的剖面 图;
图11是示意性说明根据本发明第6实施例的发光器件结构的剖面 图;
图12是示意性说明根据本发明的另一个实施例的发光器件结构 的剖面图;
图13是图12结构的斜视图;
图14是示意性说明根据本发明第7实施例的发光器件结构的剖面 图;
图15是示意性说明根据本发明又另一个实施例的发光器件结构 的剖面图;
图16是示意性说明根据本发明第8实施例的发光器件结构的剖面 图;以及
图17是表示阱层厚度与发射峰值波长的关系曲线。