TW432727B - Light emitting diode - Google Patents

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3272? 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 發明背景 1.發明領域： 本發明關於一具有一雙異形接面結棬之發光二極體（今後 稱之爲一 ” LED ”）。更特別地，本發明關於一用於阻止一長 期操作LED之光輸出的減少。 2 .相關技藝之説明： —具有所謂雙異形結構之LED具有高水準之光射出效率 及高水準之光輸出率，因此被廣泛地用於顯示器、光通訊 之光源、或雷同者。 圖1 2係顯示具有一典型之雙異形結構之傳統LED 800之 剖面圖。該LED 800係一以InGaAlP爲基底之LED，其包含 具有與一坤化鎵（GaAs)基板配合之晶格層且發光範圍從紅 光至綠光。在該LED 800中， 一基板1 :由η型GaAs所組成； 一第一緩衝層2 :由η型GaAs所組成； 一光反射（DBR :極佳的分散式反射器）層3 :包含以另一 方式沉積之η型（八1〇.40&〇.6)(3.5111().5?層及11型八1。.5111().5?層； 一第一-電礙層4 :由η型Ai0.5ln0 5P層所组成，在.一雜質 濃度5 X 1017(/立方公分）（cm·3)下攙雜矽（Si)，具有1微米 ("m)厚； . 一光射出層6 ·由ρ型（Ga07 Al0 3)0 5In0.5P所组成，具有 0.5 ju m厚； - 一第二電錄層7 :由P型八1〇.5111〇.5?層所组成，在一雜質 濃度5xlOi7cm·3下攙雜鋅（Zn)，具有1 厚； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210*297公* ) -------------'•:裳---— tll—訂*!------ (請先閲讀背®之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 _____Β7_ 五、發明說明（2 ) 一第一電流擴散層91 :由p型Al0.7Ga〇.3As所組成，在一 雜質濃度1 X 1〇18 cm·3下攙雜鋅，具有！ "10厚；以及 一第一電流擴散層92 :由p型Al〇.7Ga〇.3 As所組成，在一 雜質濃度3 X 1018 cnT3下攙雜鋅，具有6 厚； 係在此階層中沉積。 該第一及第二電流擴散層91及92構成一電流擴散層9。 藉一典型沉積方法在該基板1之下表面上提供一鍺化金 (AuGe )薄膜作爲一 η邊電極11。藉該相同沉積方法在該p 型電流擴散廣9之上表面上提供一辞化金（Auzn)薄膜。將 該AuZn薄膜作蝕刻圖樣化致使其保留一圓形部份作爲p邊 電極10 ’其中接合一金屬線以連接該p邊電極1〇至一外部 導體。產生於該光射出層6之光係從已移去Auzn薄膜之一 部份之ρ型電流擴散層9上表面放射。 該第一緩衝層2係用於避免該基板1之缺陷及污染影響該 基板1沉積層。當該第一緩衝層2具有一令人滿意處理之上 表面時，是不須該第一緩衝層2。該DBR層3將產生於該光 射出層6之光反射向著該基板1。此阻止光線被該基板1吸 收且該尾处之光以離開該基板1之方向行進，增加該led 800之亮度。 該電流擴散層9具有低電阻性，敖使與該ρ邊電極1〇造成 一接近之歐姆接觸’同時將從該P邊電極1〇注入之電流擴 散至整個光發射層6 ^此即爲什麼該電流擴散層9需要一高 水準之雜質濃度的原因。此例中，用以阻止雜質鋅（Zn)擴 散至該光射出層6，具有一低雜質濃度之第一電流擴散層 II Μ--------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5-

經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 ______ B7___ _ 五、發明說明（3 ) 9 1係提供於較低部份之電流擴散層9。 爲了獲彳于一高水準之光射出效率，一傳統之LED採用一 雙異形結構’如圖1 5所示。圖1 5係顯示一以A1GaInp爲基 底之LED 900 ’其具有與GaAs基板101配合之晶格^該 LED 900之各層結構係如下列： 一基板101 ·由η型GaAs所组成； 一緩衝層102 :由η型GaAs所組成； 一 η型第一電鍍層 1〇3 :由！！型（Ga0.3Al0.7)05ln() 5p 所組 成’在一雜質濃度1 X 1〇18 cm·3下攙雜矽（Si)，具有1微米 (μ m)厚； 一光射出層104:由？型（〇&07人10.3)051110.5?所組成，具 有 0.5 m 厚； 一p型第二電鍍層105 :由p型八1〇.5111〇.5?層所組成，在一 雜質濃度5 X 1017 cm—3下攙雜鋅（Ζ η)，具有1 厚； 一第一電流擴散層61 •由p型Ga〇.3Al〇_7As所组成，在一 雜質濃度lxl018cm·3下攙雜鋅，具有1 yin厚； 一第二電流擴散層62 :由p型Ga〇.3Al〇.7As所組成，在一 雜質濃13互101 8 cm·3下攙雜鋅，具有6 μ m厚；以及 一接觸廣108 :由ρ型GaAs所成。 各在該基板1及該接觸層108上遂供一 η邊電極109及一 p 邊電極107。 圖1 2中以AlGalnP爲基底之LED 800因注入一電流而產生 光。在圖13中，一虛線A指示著在該光射出層6之雜質濃度 及光開始射出後一初始期間之光輸出間之關係°該光輸出 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） --I------- --—--II— 訂- ------ - i. (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 五、發明說明（） 之尖峰是在光開始射出後初始期間之雜質濃度lxl〇17cm-3 。然而，該光輸出隨時間漸減β例如，在室溫下，應用5 〇 毫安培（mA)電流至該LED 800達1000小時。在1 3圖中， 一虛線B指示著在該光射出層6之雜質濃度及1 〇〇〇小時射出 後之光輸出間之關係。在1000小時光射出後之光輸出在雜 質濃度lxio17 cm_3下變得較低而在光輸出係最大處之雜質 濃度5 X1017 cnT3下光輸出變得較高，此係不同於光開始射 出後之初始期。 我們的研究發現引起長時間光射出後光輸出之這類改變 係因：（1)在該η型第一電鍍層4及該p型光射出層6之間一 ρ η接合介面所產生之一非放射重组中心；以及（2)來自該 光射出層6之擴散雜質之影響。 .· —* 圖14Α及14Β顯示繞著該光射出層6之能量帶狀態。圖 14Α展示光開始射出後該初始期之狀態，而圖14Β展示長 時間光射出後之狀態。 該ρη接合介面40係一異形介面，其中具有如圖14Α所示 之大的不同能隙之二層彼此互相接觸。在該異形介面40處 有一大的内，應力。當施加一電壓於該ρ邊電極10及該η邊 電極11之間以便產生光時，施加一高電場位準橫過該異形 介面4 0。 ： 結合該内姐射出層6所產生之光能引起該異形 介面4 0之晶格缺陷。此晶格缺陷沿著該電場線方向往該光 Λ 射出層6成長超過該長時間之光射出。該晶格缺陷引起如 圖14Β所示在該異形介面40附近中形成一深層能階20。該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝------ 訂---------線>- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製

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發明說明（ 載子’一電f及一電子，在該深層能階結合一起而未射出 光此'木層能階係稱爲一非放射能階。因該LED 800之 放射重組30係一自發性射出万法，減#孜射能階20之非放 射重組31具有比該放射重組30的那些較短的生命期。所 以’在孩非放射能階20接合之載子數目增加時，該LED 800之光射出效率減少。 持續長時間之光射出引起該晶格缺陷之成長，其變得廣 佈在該光射出層6之内部。換言之，該光射出層6發展出許 多具有該非放射能階2〇的部份。所以，該LED 800之光射 出效率進一步被降低，也就是，與該光射出初期比較，該 LED 800之光輸出係減少的。 曰本公告出版號2- 151085揭示一具有類似圖12所示之結 構之半導體光射出裝置（今後稱之爲一"傳統例2之LED ”）。 該傳統例2之LED包含插在該光射出層6及該第一及第二電 鍍層4及7之間之一中間電鍍層。該中間電鍍層各具有約大 於10A及小於200 A之厚度，及一具有介於該光射出層6及 該第一及第二電鍍層4及7之間之能隙値。在該傳統例2之 LED中，異形介面係在該中間電鍍層及該第一及第二電鍍 層4及7之間，及在該中間電鍍層及該光射出層6。因此， 一能味介面之差異會被降低，由Γ此減少該内部應力。冰 以.，# 生一晶格缺陷食*黄1困難且因此在該乡射出層 6中有較少之非放射重組中必。 然而，在該傳統例2之LED中’一pn接面係在該光射出 層6及該中間電鍍層間之介面形成。因爲光射出，存在一 -8 表紙張尺度適用_國國家楳攀（cns〉a4现格<210 x 297公爱） -^.裝----11--訂-----I---¾^. (請先|»讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局霣工消费合作社印製 A7

經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 而電場位準之介面處產生一晶格缺陷。雖然該傳統例2之 LED之光輸出降低被有效地延遲，但長時間光射出允許發 展介面所產生之晶格缺陷。成長之晶格缺陷降低該光射出 層6之光輸出。 如圖13所示，長時間光射出後，具有一較高之光射出層 將於此作描述。當該光射出層6比最佳濃度具有一較高雜 質濃度時’該光射出層6之電阻性變低。所以，跨過該第 一電鍍層4及該光射出層6間之pn接面所施加之一電場強度 變小’導致在開始光射出後的初始期中一低度的光輸出。 長時間光射出後’因該光射出層6附近產生之電場及熱， 超量雜質在該光射出層6中被擴散。擴散之雜質增加該電 場而因此輸出光。此例中，一缺陷也在該？11接面產生，所 以’在長時間光射出後，降低該光射出效率。 在圖1 5所示之LED 900中，該緩衝層1〇2被用作該基板 101缺陷及污染之屏障。當該基板1〇1之表面處理係令人滿 意時’該緩衝層102係不須要的。該接觸層1〇8係由GaAs所 組成’其不包含銘（A1) ’爲了幫助與該p邊電極丨〇7之歐姆 接觸，笔接」辑層108不允許由該光射出層1〇4所產生之光穿 透其間。然而’該接觸層1 〇 8係直接提供於該電極1 〇 7下， 未增加缺點於光放射中。 厂 在圖15所示之LED 900中’該光射出層ι〇4及該第—及第 二電鍵層103及105之能隙係由A1之莫耳數設定。當A1由 Ga等等取代時，一ni-V化合物半導體之晶格常數幾乎不 可變的。包含之Α1莫耳數愈大，該化合物半導體之能隙愈 -9- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 >« 297公爱） ^裝--------訂---------線. (諳先閲讀背面之注意事項再填寫參f) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（7 ) 大。此後，在一混合晶體中，A1及G a總量中A 1之比例係 視爲該混合晶體中A1之莫耳數。 爲了得到該LED 900之高度光輸出’需在該光射出層ι〇4 及該第一及第二電鍍層103及1〇5之能隙間製造夠大之差異 來滿意地控制在該光射出層1〇4内之載子。該LED 900具有 雙異形結構’其中，該（Ga07Al0.3)05In05P之光射出層1〇4 插在該η型（Ga0.3Al0.7V5In0.5P之第一電嫂層1〇3及該p型 (Ga0.3Al0.7)0.5In0.5P之第二電鍍層1〇5之間，其具有很大的 能隙。該光射出層104之A1莫耳數係0.3，而該第一及第二 電鍵層103及105兩者之A1莫耳數係0.7。 爲了得到該LED 900之高度光輸出，需將擴散之載子從 該電極107注入至整個光射出層104。最後，需藉著將該電 流擴散層106之雜質濃度增加至一足夠高的水準而降低該 電流擴散層106之電阻性。該基板1 〇 1典型地係由一 ^型半 導禮所组成’致使一 ρ型半導體被用於該電流擴教層1〇6 β 然而，對一ρ型半導體之雜質，如鋅或鎂，係極可能擴 散。在彼此雜質濃度具有相當差異之層之間的介面具有一 高雜質濃^度_斜率。所以，在該介面中，雜質很可能擴散係 因電能與該光射出層104產生之光能互動之故。 例如’該電流擴散層106及ρ型第'二電鍍層1 〇5，以及該ρ 型第二電鍍層105及光射出層104，其間具有上述關係。所 以’雜質擴散很可能發生於-該電流擴散層106及ρ型第二電 鍍層105之間’以及該ρ型第二電鍍層1〇5及光射出層1〇4之 間。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） -----------· I------ 訂-! - ----/ (猜先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局貝工消费合怍社印製 即使當該光射出層104初始具有一 p型雜質之最佳濃度， 該濃度因雜質之擴散而改變因而降低該光射出層104之光 射出效率。進—步，藉擴散進入該光射出層104之p型雜質 不可能設置到晶格之—般位置中，變成一具有深度能量水 準之非放射重組中心。 在圖1 5所7F之傳统[ED 900中，該電流擴散層106包含二 層°下層係一具有低雜質濃度之第一電流擴散層61。因 此’介於該光射出層1〇4及該第一電流擴散層61之間之雜 質濃度斜率變成—低値，由此阻止鋅之擴散。該第一電流 擴散層61及該第二電流擴散層62具有相同之A1莫耳數。 傳統上’該第一及第二電鍍層1〇3及1〇5之A〗莫耳數係約 爲0,7。本發明者已發現上述之傳統技術在該第一及第二電 鍵層103及105之A1莫耳數被增加至約丨〇以便擴大載子限 制而得到該LED 900之較高光輸出時，是不足以阻止雜質 擴散。換言之’當A1莫耳數是很大時，上述之p型雜質擴 散是顯著的。 發明概述 根據本—發J月，一發光二極體包含一基板；一光射出層； —具有第一傳導型及一大於該光射出層能隙之一能隙之第 —電鍍層；一具有一第二傳導型及;·一大於該光射出層能隙 之能隙第二電鍍層；及一中間壁障層，係具有同於該光 射出層但異於該第一及第二電鍍層之傳導型及小於該第一 或第二電鍍層但大於該光射出層之能隙。該發光二極體具 有—雙異形結構，致使該光射出層係插在^ -11 - m 0 (CNS)A4 ^ (210 X 297^i7 -------------裝 — ------ 訂-—-----S (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製

層（間。該中間壁障層係H在該光射出廣及該第一電艘 層〈間’及/或該光射出潛及該第二電艘層之間。 、所以’阻止一在pn接面所產生之晶體缺陷敗二^光射出層 之〜響’由此實現了即使在長時間光射厚止該 LED於一光輸出之降低。 在本發明之一具體實施例中，在中間壁障層厚度係少於 在系中間壁障層中—少數載子之擴散長度且大於使得該令 間壁障層及該第-或第二電艘層間之介面所產生之一非放 射重組中心眞正地對該光射出層不具影響之値。 在本發明之一具體實施例中，該中間壁障層厚度係在大 於等於0.1 "m及小於等於05 範圍。 所以，阻止一在pn接面所產生之晶體缺陷對一光射出層 之景/響使彳于光射出效率之減少被阻止，由此實現了即使在 長時間光射出後，仍阻止該LED於一光輸出之降低。 在本發明之一具體實施例中，該中間壁障層能隙約比該 光射出層能隙大0.2電子伏特（eV)或更多。 所以，在該中間壁障層之非放射重组進一步被降低，由 此使該L^D異有一高水準之光射出效率。 在本發明之一具體實施例中，該中間障壁層係一具有長 的非放射重组之生命期之間接轉換尨之半導體層。 所以，在該中間障壁層之非放射重组眞地被刪除，由此 使該LED具有一高水準之光射出效率β 在本發明之一具體實施例中，該中間障壁層包含第—及 第二中間障壁層。該第一中間壁障層係提供於該光射出層 • 12- 本紙張尺度適用中國g家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 i32727 A7 ---- —_B7____ 五、發明說明（10 ) 及該第一電鍍層之間。該第二中間壁障層係提供於該光射 出層及該第二電鍍層之間。該第一中間壁障層具有同於該 光射出層但異於鄰接該第一中間壁障層之第一電鍍層之傳 導型，並具有小於該第一電鍍層但大於該光射出層之能 隙。該第二中間壁障層具有同於該光射出層但異於鄰接該 第二中間壁障層之第二電鍍層之傳導型，並具有小於該第 二電鍍層但大於該光射出層之能隙。 所以’阻止一在ρη接面所產生之晶體缺陷對一光射出層 之影響使得光射出效率之減少被阻止。進一步，阻止—易 於擴散之Ρ型雜質擴散進入該光射出層，由此阻止光射出 效率之降低。 在本發明之一具體實施例中，該基板係由GaAs所組成： 該第一電缝層係由（Gai_x2Alx2)0'5In〇.5P (xl<x2Sl)所組成； 該光射出層係由（Gai-Xi Alxi)〇.5ln〇.5P (〇<xl：£l)所组成；該 中間壁障層係由（GawADojIno.sPh 1 <χ4<χ2，χ3 )所 組成，及該第二電鍵層係由（Gai -X3 AlX3)〇,5ln〇.5P (xl<x3si) 所組成。 所以，_即』吏長時間光射出後，在光譜從紅光至綠光之光 輸出被降低較少。 根據本發明另一觀點，一發光三極體包含一基板；一光 射出層；一具有一大於該光射出層能隙之能隙之一 ρ型電 鍍層：及一具有一大於該光射出層能隙之能隙之一 η型電 鍍層。該發光二極體係至少由ΠΙ-V化合物半導體材料所 組成且具有一雙異形結構，致使該光射出層係插在該ρ型 -13- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 11------11 I > ---1---訂 I J I I I--- (請先閲讀背面之;i意事項再填寫本頁) A7 B7 11 — 五、發明說明（） 及η型電鍍層之間。該P型電鍍層包含一 p型第二中間壁障 層及一ρ型第二電鍍層。該ρ型第二中間壁障層係比該ρ型 第二電鍍層靠近該光射出層。該卩型第二中間壁障層各自 具有比該ρ型第二電鍍層之Α1莫耳數及雜質濃度一較低之 Α1莫耳數及一較低之雜質濃度。 所以’即使當該LED係一包含具有高的a 1莫耳數之高亮 度LED時，阻止一具有易於擴散傾向之ρ型雜質從該電流擴 散層或從該ρ型第二電鍍層擴散至該光射出層，即使長時 間光射出後亦然，由此阻止光射出效率之降低。 在本發明之一具禮實施例中，該ρ型第二中間壁障層之 A1莫耳數係0.5或更少，該ρ型第二電鏡層之A1莫耳數係 0.7或更多。 所以，該ρ型第二中間壁障層之晶體性被滿意地保留，由 此使得阻止雜質擴散成爲可能。 在本發明之一具體實施例中，該ρ型第二中間壁障層雜質 濃度係3 X丨0 1 7 cm—3或更少。該ρ型第二中間壁障層厚度係 在大於等於O.ly M m及小於等於0.5#m之範圍。 所以，_即_使當該LED包含該ρ型第二中間壁障層時，該ρ 型第二電鍍層維持一載子限制效應，由此實現一高的光輸 出並使得在高溫維持該LED的特性Γ成爲可能。進一步，該ρ 型第二電鍍層具有一低雜質濃度因而吸收進來之雜質以阻 止他們擴散至該光射出層。_ 在本發明之一具體實施例中，該基板係由GaAs所组成： 該η型第一電鍍層係由（Gai-uAluksIno.sPU 1 <x2幺1)所組 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -------—訂-- ------- 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ^3272? A7 _ — ____B7__ 12 五、發明說明（） 成；該光射出層係由（Gai-xlAlxl)0.5In0.5p(〇sxi<x2，x3) 所組成；該p型第二中間壁障層係由（Gai.x4Alx4)〇.5In0.5P (xl<x4<x3，一小於5xl〇17cnT3之雜質濃度）所組成；及 該 p型第二電艘層係由（Gai.x3AlX3)〇.5In〇.5p (χΐ<χ3乞1，一 等於大於5 X 1 0 17 cnT3之雜質濃度）所组成。 所以’即使當該LED以高亮度射出光譜從紅光至綠光之 光一段長時間時’阻止一具有易於擴散傾向之卩型雜質從 該電流擴散層或從該P型第二電鍍層擴散至該光射出層， 由此阻止光輸出之降低。 如此’在此所述之本發明擁有之優點有（1 )提供一中間壁 障層以阻止在一pn接面所连生之缺陷侵入一光射出層；（2) 藉增加一p型第二電鍍層之A1莫耳數來滿意地限制載f ; (3)提供一具有高度可靠性之LED ’其中在長時間光射出後 阻止光輸出之減少。 本發明之這些及其它優點對那些熟知此項技藝之人士在 參考附圖閲讀及了解下列詳細説明後將變得顯而易見。 圖式之簡單説明 圖1係择螻本發明例1顯示一LED之剖面圖。 圖2A及2B係分別顯示在光射出之初始期及長時間光射出 後例1中該LED之光射出層附近能臺帶之狀態圖。 圖3係根據本發明例2顯示一 LED之剖面圖。 圖4係顯示在長時間光射出後例2中該led之光射出層附 近能量帶之狀態圖。 圖5係根據本發明例3顯示一 LED之剖面圖。 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 X 297公；»了 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝--------訂-------- I η 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 _ 13 五、發明說明（) 圖6係顯示在長時間光射出後例3中該LED之光射出層附 近能量帶之狀態圖。 圖7係根據本發明例4顯示一 LED之剖面圖。 圖8係根據本發明例5顯示一 LED之剖面圖。 圖9係根據本發明例6顯示一 LED之剖面圖。 圖1 Ο A及1 Ο B係根據例6分別顯示在長時間光射出後之光 輸出降低率及該LED之p型第二中間壁障層之雜質濃度及厚 度之間之關係圖。 圖1 1係根據本發明例7顯示一 LED之剖面圖。 圖1 2係顯示一傳統LED之剖面圖。 圖1 3係顯示圖1 2所示之傳統LED在光射出層雜質濃度分 別與開始光射出後立即之光輸出及長時間光射出後之光輸 出之間之關係圖。 圖14A及14B係顯示圖12所示之傳統LED中一光射出層 附近能量帶之狀態圖。 圖1 5係顯示另一傳統LED之剖面圖。 較佳具體實施例之説明 此後，_本f明之具體實施例將參考附圖作描述。. (例1) 圖1係根據本發明例1顯示一 LEri 1〇〇之結構之剖面圖。 爲了簡單之緣故，具有相同功能之元件如LED 800之元件 是由使用於其中之相同參考數字所指示。該LED 100包 括： 一基板1 :由GaAs所组成： -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公S ) I I I I I I I I I I I l'; i I II I I I If — — — — — i琦先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 B7 14 五、發明說明（） —第一電鍍層 4 :由（GauuAldo.sIno.sPUKxZSl)所组 成； —光射出層 6 :由（GamAlwVsInojPCOSxKi)所組成； 一中間壁障層5:由（〇〜.1£4八1料)0 51110 5?(\1<父4<)£2, X 3 )所組成；及 —第二電鍍層 7 :由（〇3ι·χ3Α1χ3)05Ιη0.5Ρ(χ1<χ3€1)所組 成。 用此結構，可得到一 LED使得該LED之光輸出在光譜從 紅光到綠光’長時間光射出後是減小較少的。 更特別地，該LED 100包括： 一基板1 :由η型GaAs所組成： 一第一緩衝層2 :由η型GaAs所组成； 一光反射（DBR :極佳的分教式反射器）層3 :包含以另— 方式沉積之11型（人1。.40&。.6)。5111。.5?層及11型人1。.51|1(),5?層； 一第一電鍍層4 :由η型Al〇.5In〇.5P層所组成，在一雜質濃 度5X1017 cm_3下攙雜矽（Si)，具有1微米〇m)厚； 一中間壁障層5 :由p型（Ga0.5AlQ.5)Q.5In0.5P所組成，在— 雜質濃41&1〇17 cm·3下攙雜鋅（Zn)，JL有0.2微米（"m) 厚度； 一光射出層6:由0型（〇汪。.7入1。.3)<〇.5111。.5?所组成，在~濃 度1χ10ί7 cm·3下攙雜鋅（Zn)，具有0.5ym厚； 一第二電鍍層7 :由p型AUrio.sP層所组成，在一雜質濃 度5xl017cnT3下攙雜鋅（Zn)，具有lj« m厚； 一第二緩衝層 8 :由 p 型（Al〇.〇5Ga〇.95)0.95ln0.05P 所组成， -17- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公* ) --I - ( — I 1 I I I \ V i — — — — — — 1 — ----1—--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 -------B7____五、發明說明（15 ) 在一雜質濃度lxlOi8CnT3下攙雜鋅，具有〇·ΐ5/ζηι厚；以 及 一乐二電流擴散層9:由卩型（八10.〇10已〇.99)〇.99111〇.〇丨？所组 成，在一雜質濃度5xl0lscm·3下攙雜鋅，具有7/im厚。 在此特定例子中，該LED 100與在圖1 2所示之LED 800 相異於該中間壁障層5係提供於該光射出層6及第一電鍍層 4之間。該中間壁障層5有一傳導型，其是同於該光射出層 6傳導型但是異於該第一壁障層4之傳導型，該中間壁障層 5之能隙是大於該光射出層6之能隙但小於第一電鍍層4之 flt*隙。鋅（Zn)之雜質濃度在p型光射出層6中是ixi〇17 cm- 3 ’其是該光效率在光開始射出後初始期間之最佳値。 在例1中，異於該傳統LED 800爲該電流擴散層9由 InGaAlP所組成。這企圖使光吸收盡可能的低及光輸出盡可 能的大。 然而’該電流擴散層9石_|^該GaAs甚拓1右品格配對。減 少該電流擴散層9之電阻性，a 1莫耳數需爲一低値，例 如’ 0.01。所以，ln莫耳數被設定爲〇.〇1，因該減少之A1 莫耳數 '補_償能隙之降低。既然該電流擴散層9包含該In 莫耳數爲0.01 ’其上表面是比由GaP组成時較爲平滑。因 此，在該電流擴散層9之上表面形泌之電極10將難以被分 開。該In之低莫耳數〇.〇1是不允許該電流擴散層9從該基板 1到該第一電艘層7之任一展而得到晶格配對。於是，該第 二緩衝層8係提供在該第二電鍵層7及該電流擴散層9之 間’由於晶格常數之錯誤的結合，以阻止晶體缺陷之產 -18- (請先閲讀背面之;i意事項再填寫本頁) J. M tl n It 訂--------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 κ 297公爱） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ 16 五、發明說明（） 生。特別地，該第二緩衝層8有一晶格常數中間在該電流 擴散層9之晶格常數及該基板1之晶格常數之間及等等D當 A1及In之莫耳數都是〇,〇5時，得到該第二緩衝層8之中間 晶格常數。 該中間壁障層5之效應將隨著參考圖2如下所述。 圖2A及2B顯示在長時間光射出後該LED 100之帶狀態。 如圖1 4 A及1 4 B。當載子用一順向偏壓係注入到該光射出 廣6時，圖2A顯示該LED 100之狀態。該中間壁障層5有一 A1莫耳數，致使一能隙層5在該η型第一電鍍層4能隙及該p 型光射出層6能隙之間。既然該中間壁障層5是一ρ型，一 ρη接面係形成於該!!型第一電鍍層4及該ρ型中間壁障層5 之間。注入之載子是重组於該ρη接面之附近。兩者—電洞 及一電子都存於具有一較低能隙之層中，例如，該中間壁 障層5。即使當該中間壁障層5之厚度係充分地少於該注入 少數載子之擴散長度，一足量之少數載子係也注入到該光 射出層6。既然該放射重組生命周期在該光射出層6中是比 在該中間壁障層5中短，在該光射出層6中比在該中間壁障 層5中消#二較大比例载子。因此，該光射出層6缺少載 子，因此進入該中間壁障層5之載子係迅速地傳送到該光 射出層6。雖然大量之電洞及電子都存在於該中間壁障層5 中，放射重组有效地發生於該光射出層6中。此因該較低 能隙導致該較短之放射重組生命周期。 如上述，該中間壁障層5實質上沒影響到該LED 1〇〇之光 射出及光效率。 -19· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） «ί n I n \ J.t It I If 一：eJ_ (請先閲讀背面之沒t事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明（17 ) 圖2B顯示在長時間光射出後包括該中間壁障層5之 LED 100之帶狀態。一非放射重组之能階2 〇係產生於p n接 面附近中。然而’既然在該中間壁障層5之載子如上述地 快速擴散到該光射出層6，在此能階20結合之载子數目是 小的，因此阻止光效率之減少。 如上述’該中間壁障層5具有—傳導型，其是同於該光射 出層6之傳導型但是異於該第一壁障層4之傳導型。該中間 壁障層5之能隙是大於該光射出層6之能隙但小於第一電鍍 層4之能隙。利用該中間壁障層5，該LED 1〇〇可實現使該 光射出層6之光效率在光射出初始期間及長時間光射出後 都不減少。 一電子之擴散長度典型是爲0.5-1.5 yin。在例1中，該以 InGaAlP爲基礎之丰導體層，其In莫耳數約爲〇5，具有之 擴教長度約爲0.5 " m。因此，在該LED 100十，該中間壁 障層5之厚度被設定爲0.2 " m。在長時間光射出之後，一 晶體缺陷在該p型中間壁障層5及該η型第一電鍍層4間之介 面（ρη接面）附近產生。爲了阻止該晶體缺陷成長以及因而 影響該毛射_出層6在一實際使用之光射出時間，該ρ型中問 壁障層5之厚度最好是大的，例如O.lem或更多。 在該LED 100中，當該p型中間鲞障層5之能隙比該光射 出層6之能隙大約0.2eV或更多時（例如，χ4-χΐ之0.15，其 中x4及X 1各是該p型中間壁-障層5及該光射出層6中，導致 該LED 100之較高光效率。 當A1莫耳數是爲0.5或更多時，由以InGaAlP爲基礎之半 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨裝 訂---------京. 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製

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Af 經濟部智慧財產局員工消t合作社印製 -------- 57___ nr 18 五、發明說明（） 導體所組成之中間壁障層5成爲一間接過渡型半導體層。 因此，幾乎沒有放射重组30發生在中間壁障層5中，因此 進一步增加在該光射出層6中之放射重組效率。在該LED 100中，該中間壁障層5之Ai莫耳數x4被設定爲0.5，藉此 該中間壁障層5成爲—間接過渡型半導體層。此使該中間 壁障層5難以射出光，藉此所有注入之電洞及電子眞正地 放射性結合於該光射出層6中。 根據例1製造一些LED，並將之在此情況下置於一長時間 操作致使室溫下施加一 50mA之驅動電流到該LED達1000小 時，像圖13之操作3在該1000小時後測量該LED之光輸 出。結果’該平均之光輸出是650微瓦W)及與在該射出 之相始期間中之光輸出比較，該光輸出之改變率是在±2% 内，其中一驅動電流是爲20毫安培（mA)。該光輸出之改 變率作爲實用是夠小的。 (例2 ) 圖3係根據本發明例2顯示一 LED200之剖面圖。爲了簡 化緣故，具有與例1之LEt) 1〇〇相同功能之元件是由使用於 其中之相_同參考數字所指示3 例2之LED 2〇0與例i之LED 100相異在於一光射出層6係 不攙雜雜質’及因此是屬一 η型，：以及一中間壁障層5〇係 提供在該η型光射出層6及一 ρ型第二電鐘層7之間。該中間 壁障層50之能隙是大於該光射出層6之能隙但小於第二電 鍵層7之能隙。該η型中間壁障層5〇是： 由（Gao.sAlo.sVdnoj*组成，在一雜質濃 -21 - 本紙張尺度適用中3 S家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） ϋ Ϊ 1\ : · n tt 1 ϋ^OJ n n n n n I J (請先閲讀背面之注惠事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 19 ----- 五、發明說明（） 下攙雜矽（Si)，具有0.2 厚。 圖4顯示在長時間光射出後該LED 200之帶狀態。 在該LED 200係由以inGaAlP爲基礎之原料所組成，其具 有與一 GaAs基板1匹配之例中，當光射出層6係不攙雜雜質 時’該光射出層6變成一 n型傳導型。例2將在該光射出廣6 是屬於一 η型之例中作描述。 在該LED 200中，該η型中間壁障層5 〇係提供在該^型光 射出層6及一 ρ型第二電鍍層7之間。該中間壁障層5〇攙雜 著欢。該雜質濃度最好是lxl〇17cm_3或更少β該中間壁障 層50之厚度係少於一電洞如一少數載子之擴散長度。—電 洞之擴散長度係少於一電子之擴散長度，例如，約爲〇 3；u m 。據此，在例2中之LED 200中，該中間壁障層50之厚度是 0.2/·ίΐη。此値係大於O.iym，其是阻止由在該中間壁障層 50及該ρ型第二電鍍層7間之一 pn接面所引起之晶體缺陷 之影響達到該光射出層6之厚度値。因此，在長時間光射 出後一光輸出之減少實用上是夠小的，像例1之LED 1〇〇。 熟知的’長時間光射出導致一 p型雜質Zri之擴散。當211 在及光敌出_^ 6中擴散時’該光射出層6之光射出效率是減 少的。尤其用於一高輸出LED，該電流擴散層9及該P型第 二電鍍層7下攙雜著大量鋅以便或少其電阻性。此例中， Ζη擴散到該光射出層6是顯著的，導致該光射出效率之減 少。 、 然而，在例2之LED 200中，具有一低雜質濃度之中間壁 障層50係提供在該ρ型第二電鍍層7及該η型光射出層6之 -22- 本紙張尺度適用中國國篆標準（CNS〉A4規格（21〇 X 297公髮） — — — — — — 11111»> / ·1111111 1111111 / f琦先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} - -B7 2q ' ' -- 五、發明說明（） 間，藉以阻止Zn擴散到該光射出層6因而阻止光射出效率 之減少。尤其，既然該中間壁障層5〇具有一低入丨莫耳數， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其係Zn之擴散是低的。因此，該中間壁障層5〇是有效的阻 止Ζιι之擴散。結果，即使當該電流擴散層9之雜質濃度被 增加以便減少一操作電壓時，該LED 200具有光射出故率， 其在長時間光射出之後仍不減少。 在例2之LED200中’既然實質上該p型電流擴散層9及該 p型第二電鍍層7沒有zn擴散，一光輸出實質上未被減少。 例如，像圖2之操作’在室溫下施加一 5〇π1α之驅動電流到 該LED達1000小時之情況下長時間操作後，該[ED 200之光 輸出是在驅動電流是爲20mA之光射出初始間中所得之450 A W的± 2 %内。注意，與例1之驅動電流比較，該驅動電流 是減少1 0 %。 (例3) 圖5係根據本發明例3顯示一 LED 3 00之剖面圖。爲了簡 化緣故，具有與例1之LED 100相同功能之元件是由使用於 其中之相同參考數字所指示。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 該例3之LED 3 00與該例1之LED 1 00相異在於除提供在一-η型第一電鍍層4及一 p型光射出層6之間之p型第一中間壁 障層51(藉由例1之參考數字5來指:示）外，一 ρ型第二中間 壁障層52被提供於該η型光射出層6及一 ρ型第二電鍍層7 之間。該ρ型中間壁障層5 2是： 由（Ga0.5Al0.5)0 51ιη〇 49ρ 所組成，在一雜質濃度 lxl〇I7CnT3 下攙雜鋅（Zn)，具有0.2 y m厚。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公茇） A7 B7 21 五、發明說明（） 圖6各顯示在長時間光射出後光射出之初始期中該 LED300之帶狀態》 除例1之LED 100之結構外，該p型第二中間壁障層5 2提 供於該p型光射出層6及該p型第二電鍍層7之間，其未形成 一 pn接面。如在例2中描述’由於在該光射出層6及該第二 電鍍層7間之能隙，該p型第二中間壁障層52阻土一晶體缺 陷之產生。該阻止光射出之減少是比例1之LED 100更有效 的0 更進一步，該p型第二中間壁障層52具有一低雜質濃度 及一低A1莫耳數。因此，該P型第二中間壁障層52阻止Zn 從該p型電流擴散層9及該p型第二電鍍層7擴散到該光射出 層6，因此阻止光射出效率之減少。 結果，經過比例1之LED 100光射出較長之時間期，例3 之LED 300阻止光射出層6之光射出效率之減少。 經濟部智慧財產局貝工消费.合作社印製 •-----------'-裝--------訂. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 此外，當與例1之LED 100比較時，該例3之LED 300具有 一低階晶體缺陷產生及致使一較高之光射出。特別地’該 LED 300之光輸出在室溫下經過1〇〇〇小時操作後施加一 50mA之舉％電流到該LED 300作測量。此狀態是相似其使-用在圖13之操作。結果，該LED 300之光射出是72〇m W。 此値是在光射出之初始期得到之光輸出的±2%内’其中— 驅動電流是20mA。 (例 4) - 圖7係根據衣發明例4顯示一 LED400之剖面圖。爲了簡化 緣故，具有與例1之LED 100相同功能之元件是由使用於其 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4说格（210 X 297公爱）

經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 22 五、發明說明（） 中之相同參考數字所指示。 該例4之LED4 00與該例1之LED100相異在於一光射出層 60有多重量子井（MQW)結構及一中間壁障層5係提供在該 光射出層60及該η型第一電鍍層4之間。該光射出層60藉 由Ga〇.51In〇.49P層及（Ga〇.5Al0 5)0 5In0 5P層之交替所组成，其 具有一厚度小於該第波里（de Broglie)波長。該中間壁障層 5之能隙具有一値在該光射出層60及該η型第一電鍍層4之 能隙之間。該中間壁障層5係提供一薄的厚度，例如，0,05 μ m 0 利用該MQW結構’妨礙在該光射出層60中產生一晶體缺 陷。因此，在該η型第一電鍍層4及該中間壁障層5之間之 一 ρη接面所產生之任何晶體缺陷幾乎不會繼續延長它的成 長到該光射出層60。當該中間壁障層5之厚度是一大於〇〇2 之値時，能阻止一光射出之減少。 (例5) 圖8係根據本發明5顯示一 LED 500之剖面囷。爲了簡化 緣故，具有如例1之LED 100相同功能之元件是由使用於其 中之相同_參考數字所指示。 刼述例中各LED具有一n型基板。例5中，該LED 500具有 —P型基板。本例中，亦得到如前:述例中該Led之相同效 應。 例5之LED 500包含： ， 一基板1 :由p型GaAs所組成： 一第一緩衝層2 :由p型GaAs所组成； -25- Ϊ紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規袼<210 * 297公爱_)------- '------------裝--------訂· (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) η · η Α7 Β7 23 1 五、發明說明（) —光反射（DBR)層3 :包含以另一方式沉積之p型 (Al0.4Ga〇.6)0 5ιη。5p 層及 p 型 A1〇 5ln。5p 層； —第一電鍍層4 :由p型八^牝^層所組成，在一雜質濃 度5xl017Cm·3下攙雜鋅，具有i微米（#m)厚； 中間壁障層5 ·由η型（Ga0 5αι〇 5)〇 5ιη〇 5p所組成，在一 雜質濃度5xl0>7cm·3下攙雜矽，具有〇^微米^旬厚； 光射出層6 ‘由n型（Ga〇7Al〇3)〇5in〇5p所组成，具有〇·5 只m厚； 一第一電鍍層7 :由η型Al〇5in〇5p所組成，在一雜質濃度 5xl017CnT3下攙雜矽，具有1 "饥厚； —第二緩衝層8 :由11型（八1〇 〇5^"5)"5111〇 〇5?所組成， 在一雜質濃度lxl〇18cnT3下攙雜矽，具有〇15ym厚；以 及 一電流擴散層9 :由η型（Α10·0丨Ga<)99)〇99ln〇〇丨p所组成， 在一雜質濃度lxlO1 8cm·3下攙雜矽，具有7"m厚； 經濟部智慧財產局貝工消费合作杜印製 ------------裝--------訂· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 因一 p型基板是比一 η型基板更難製造，故大部份lED使 用該η型基板。既然該LED500包含該p型基板，該電流擴 散層9係屬型。該η型電流擴散層9即使在該雜質濃度是低〜 於該ρ型電流擴散層亦能具有相同於一ρ型電流擴散層之電 流擴散效應。此有利於使該光射出層6雜質擴散之降低而 因此眞正地阻止光射出效率之降低。進一步，在該η型電 流擴散層9及一 η端電極間之-接觸電阻可被降低。 在所有前述説明中，各LED是由以inGaAlP爲基礎之半導 體所组成，其具有與一 GaAs基板匹配之晶格。上述說明係 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 A7 B7 24 五、發明說明（） 顯而易見的，本發明之LED可由其它材料如III-V化合物半 導體（例如 ’ AlGaAs、AlGalnSb、InGaAsP、AlGalnN、及 GalnNSb)及II-VI化合物半導體。由這些材料組成之層厚 度及載子濃度也可在本發明之LED中修改。 (例6) 圖9係根據本發明例6顯示一 LED600之剖面圖。爲了簡化 緣故’具有如圖1 5所示之傳統LED 900相同功能之元件是 由使用於其中之相同參考數字所指示。 例6之LED 600與傳統LED 900相異處在於一 p型第二電鍍 層105是由一 p型第二中間壁障層53及一 p型第二電鍍層54 所組成。該p型第二中間壁障層53具有一大於一光射出層 104及小於該LED 900之p型第二電鍍層1〇5之A1莫耳數且提 供於該p型第二電鍍層105之下面部份。該p型第二電鍍層 54具有一足夠之A1莫耳數以限制載子且提供於該p型第二 電鍍層105之上面部份。 例6之LED600提供有： 該p型第二中間壁障層53 :由P型（Ga0.5Al0.5)0.5in〇5P(Ai 莫耳數爲_0、_5)所组成’在一雜質濃度2xl017 cnT3下捷雜 鋅，具有0.3// m厚。 該p型第二電鍍層54 :由p型Α10:5Ιη0.5Ρ(Α1莫耳數爲1〇) 所組成’在一雜質濃度5xl〇17cm_3下攙雜鋅，具有1 〇" m 厚。 ' 一電流擴散層106 : —單層。 在上述結構中，該P型第二電鍍層54具有一足夠之八丨莫 -27- 本紙張尺度適用+國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -------------裝--------訂. {锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 25 五、發明說明（） 耳數來限制載子’由此得到該LED 600之高度光輸出成爲可 能。該p型第二電鍍層54之A丨莫耳數X最好在範圍 〇·7 2x^1。該p型第二中間壁障層Η具有一低雜質濃度及 一 A1之低莫耳數。此阻止因光發射所致雜質擴散，由此阻 止長時間光發射後一光輸出之降低。 注意’在該p型第二中間壁障層53中，AI之低莫耳數及 低雜質濃度是負貴改進晶體性因而阻止雜質擴散a A1高度 氧化引出包含於一被帶入該晶體層材料中之氧。因此，與 晶體之理想結構作比較，A1之高莫耳數造成該晶體缺陷之 結構° 一具有此缺陷結構之晶體通常具有一空缺晶格點， 其係一理想晶體之晶格點期待一原子定位卻未包含一原子 之處；且同時具有大於一理想晶體所期待之空穴。與—理 想晶體之擴散作比較，此有助於雜質擴教。 最好，該P型第二電鍍層54之A1莫耳數\是儘可能地大以 良好地限制載子。通常，χ是等於1〇。同時，該p型第二 電鍍層54之電阻最好是儘可能地低以在整個光射出層1〇4 中限制載子。最後，該ρ型第二電鍍層54之雜質濃度最好 是儘可能__地；。 在該Ρ型第二中間壁障層53中，A1之低莫耳數應設定在 一低値，例如，0 5。此改進晶體性，由此使得阻止雜質擴 散成爲可能而不管該P型第二中間壁障層53之低厚度。 當該P型第二中間壁障層53之厚度係大的時’從該光射 出層104溢流之載子在該卩型第二中間壁障層53中射出光或 由非放射性結合限制，藉此減少該光射出層104之光射出 -28 - 本紙張尺度適用中S國家標半（CNS)Μ規格⑵〇 χ撕公爱） ---------- ---------------裝--- (請先閲讀背面之注t事項再填寫本頁) -•1., 327 327 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（26 ) 效率。爲了阻止此現象，該P型第二中間壁障層53之厚度 最好是一電子擴散長度之一半，其在該卩型第二中間壁障 層53中是少數載子。具有Ai莫耳數爲〇 5之InGaAlP晶體一 般具有約0·5μιη之電子擴散長度。據此，該p型第二中間 壁障層53之厚度最好是〇.3/Um或更少。 注意，該p型第二中間壁障層53之雜質濃度及厚度最好 是最佳_化。 圖10Α顯示在一雜質濃度及1000小時光射出至該ρ型第二 中間壁障層53之光射出初始期之光輸出後之光輸出比値間 之關係圖。圖1 〇 Β顯示在一厚度及1〇00小時光射出至該ρ 型第二中間壁障層53之光射出初始期之光輸出後之光輸出 比値間之關係圖。光射出在室溫下施加一驅動電流5〇111人至 該ρ型第二中間壁障層53之此類條件下被執行。 當該Ρ型第二中間壁障層53之雜質濃度爲高時，光射出 效率被降低。此係因從一電流擴散層106擴散之雜質及該ρ 型第二電鍍層54在ρ型第二中間壁障層53中沉積雜質至該 光射出層104。 另 方-面―，當該Ρ型第二中間壁障層53之厚度太低時， 某些雜質擴散至該光射出層104，引起光輸出降低。 如圖10Α所示’具有夠低之雜質-濃度3xl〇!7cm_3或較少 之ρ型第二中間壁障層53阻止自該電流擴散層1〇6擴散之ρ 型雜質及該ρ型第二電鍍層54進一步擴散至該光射出層 104。此例中，1000小時光射出後之光輸出係爲光射出初 始期光輸出之80%或更多，其係足夠實用之光強度水準。 -29- 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本I) ί ^ , A7 B7 27 五、發明說明（） 圖10B顯示該光射出層104之雜質濃度爲ixi〇17 cm—3之結 果。如囷Ι0Β所示’具有厚度0.1 Μιη或更多之P型第二中 間壁障層53致能一 LED之實現，其在1〇〇〇小恃光射出後具 有之光輸出爲光射出初始光輸出之90 %或更多，此類LED 是具實用性。 當該p型第二中間壁障層53具有一大厚度時，該P型第二 電鍍層54損失載子限制效應。此類p型第二中間壁障層53 作爲具有一原功能之p型電鍍層使用。此例中’藉由放射 重組消耗載子且在該p型第二中間壁障層5 3中係相似。因 此，該p型第二中間壁障層53之厚度須相等於或小於一 層少數載子電子之擴散長度。一電子之擴散長度在具有與 GaAs匹配之晶格而以AlGalnP爲基礎之化合物半導體爲0.5 1.5 K m。當在以AlGalnP爲基礎之化合物半導體中之A1 莫耳數爲0.5時，一電子之擴散長度约爲0.5〆m。所以’該 p型第二中間壁障層5 3之厚度須爲0.5只扣或較小’ 〇.3 w m 或較小更好。 (例7) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 I I Ϊ I I n n / I · ^1 ^1 ϋ ϋ n · (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 圖11俅根_據本發明例7顯示一 LED之創面圖°在〆n型 GaAs 基板 201、一 η 型（AUGa^ylni-yP 第—電艘層 21(X=1.0、y = 〇.5，一矽載子濃度 5xl〇l7cm3 ’ 具有 厚）；一η 型（AlxGai-dyluuP 第一中間壁障層 22(x = 〇.5、 y = 0.5 ’ 一矽載予濃度 2xl〇17cnT3，具有 0.5//111厚）’ 一 (AlxGadyli^P 光射出層 203 (x = 0.3、广 0.5 ’ 具有〇力 m 厚）：一 P型（AUGa^yli^P第二中間壁障電鍍層41 -30- 本紙張尺度適用中画國家標準（CNSXA4規格（210 X 297公釐） A7 A7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 一 ____B7_ 28 五、發明說明（） U = 0.5、y = 0.5 ’ 一鋅載子濃度 2xl〇i7cm-3，具有〇.5v m 厚）；一 P 型（AlxGauiylni-yP 第二電鍍層 42(χ=1·0 ' y = 0,5，一鋅載子濃度5xl〇17cm-3 ’具有1^爪厚）；及一 (AlxGai-xiyInLyP 電流擴散層 205 (x = 〇.〇5、y = 0.90，一辞 载子濃度IxlO18 cm- 3 ’具有7 " m厚）上，連續被沉積。進 —步，一 p端電極207係形成於該電流擴教層2〇5之上表面 上。一η端電極209係形成於該基板201之下表面上。接 著，一發光二極體700完整地被製造。 該p型第二中間壁障層41具有一低的A1莫耳數及一低的 雜質濃度並進一步具有一大的厚度爲0,5// m。所以，該p 型第二中間壁障電鍍層41阻止雜質從該電流擴散層2〇5及 該p型第二電鍍層42擴散至該光射出層203，藉此阻止光射 出效率之減少。利用該n型第一中間壁障電鍍層22，具有 一低的Α1莫耳數之光射出層203可形成於其上^ Ai之低莫 耳數導致該光射出層203良好之晶體性。在此具有此良好 晶體性之光射出層203及該η型第一中間壁障電鍍層22間之 ρη接面可改進光射出效率。 在削述-之浙有説明中’各LED是由以InCJaAlP爲基礎之半 導體所组成，其具有與GaAs匹配之晶格。上述説明係顯而 易見的’本發明之LED可由其它材料如in· v化合物半導體 (例如，AlGaAs、AlGalnSb、InGaAsP 及AlGalnN)，其中 一能隙可由A1之莫耳數來設定。由這些材料组成之層厚度 及載子濃度也可在本發明之led中修改。 如上述’在本發明之LED中，一光輸出被降低較少，即 -31 - 本紙張尺度適用中®國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------裝--------訂. (請先閲讀背面之泫意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 使長時間光射出後亦然β 根據本發明之一觀點，阻止ρη接面產生之晶體缺陷影響 一光射出層，藉此實現即使長時間光射出後該LED中光輸 出之減少仍被阻止。 根據本發明之另一觀點，阻止‘pn接面產生之晶體缺陷 影響一光射出層，因此阻止光射出效率之減少，藉此實現 即使長時間光射出後該LED中光輸出之減少仍被阻止。 又根據本發明另一觀點，在中間壁障層中非放射重組是 眞地被排除’藉此實現具有一高水準光射出效率之。 又根據本發明另一觀點，阻止一易於擴散之p型雜質擴散 至該光射出層，藉此阻止光射出效率之減少。 又根據本發明另一觀點’即使長時間光射出後，從光譜 紅光至綠光之光輸出仍降低較少。 又根據本發明另一觀點，即使當該LED是一包含一具有 高的A1莫耳數之電鍍層之高強度LED時，即使長時間光射 出後’仍阻止一易於擴散之P型雜質從該電流擴散層或該p 型第二電鍍層擴散至該光射出層，藉此阻止光射出效率之 減少。_ _ 又根據本發明另一觀點，該P型第二中間壁障層之A1莫 耳數是0.5或較少，以及該p型第二;電鍍層A1莫耳數是0_7或 更多’由此良好的維持該p型第二中間壁障層之晶體性而 因此使阻止雜質擴散成爲可能， 又根據本發明另一觀點，即使當該LED包含該P型第二中 間壁障層時，該p型第二電鍍層維持一載子限制效應’由 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） — — — — — JIIIIIT ( * I I ] I ϊ I I — — — — — I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7_______ 30 "—— 五、發明說明（） 此實現一高度之光輸出及使在高溫維持該led之特性成爲 可能。進一步’該P型第二電鍍層具有一低雜質濃度因而 吸收進入之雜質，用以阻止雜質擴散至該光射出層。 又根據本發明另一觀點，即使當該LED在高強度下射出 光讀紅光至綠光之光一段長時間時’仍阻止一易於擴散之 P型雜質從該電流擴散層或該p型第二電鍍層擴散至該光射 出層’藉此阻止光輸出之減少。 其它不同之修改將是明顯且可易於被那些熟知此項技藝 之人士所爲而未遠離本發明之範圍及精神。因此，附上之 申請專利範圍非用於限制在所提之説明，而是相反，傾向 廣義地建立該申請專利範圍。 經濟邾智慧財產局具工消t合作社印製 33 - 本紙張尺度適財@國i標準（CNS)A4規格（210 * 297公爱）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 L —種發光二極體，包括： 一基板； —光射出層； —具有一第一傳導型及一大於該光射出層能隙之能隙 之第一電鍍層·， 一具有一第二傳導型及一大於該光射出層能隙之能隙 之第二電鍍層；以及 一具有同於該光射出層傳導型但是異於該第一或第二 電鍍層傳導型之傳導型及具有小於該第一或第二電鍍層 能隙但是大於該光射出層能隙之能隙之中間壁障層， 其中’該發光二極體具有一雙異形結構致使該光射出 層係插在該第一或第二電鍍層之間；以及該中間壁障層 係插在該光射出層及該第一電鍍層之間，及/或插在該光 射出層及該第二電鍍層之間。 2_如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中，該中間壁 障層厚度係少於在中間壁障層中一少數載子之擴散長度 及大於一値使得在該中間壁障層及該第一及第二電鍍層 間之介Φ巧產生之一非放射重組中心眞正地不影響該光 射出層。 3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中，該中間壁 障層厚度範圍係在等於大於〇·1μιπ及等於大於0.5μ m。 4. 如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中，該中間壁 障層能隙是比該光射出層能隙大約〇.2eV或更多。 5. 如申請專利範圍第1項之發光二極體’其中，該中間壁 -34- _本紙張尺度^用_國0家樣準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ~ ---------訂---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ___ 08 ___ 08 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2‘; 2 7 AS C8 _ 六、申請專利範圍 障層是一具有一長的非放射重組生命期之間接轉換型之 半導體層。 A 6.如申請專利範圍第丨項之發光二極體，其中，該中間壁 障層包括第一及第二中間壁障層；該第一中間壁障層係 提供於該光射出層及該第一電鍍層之間；該第二中間壁 障層係提供於該光射出層及該第二電鍍層之間，該第一 中間壁障層具有同於該光射出層傳導型但是異於鄰接該 第一中間壁障層之第一電鍍層傳導型之傳導型，以及具 有小於該第一電鍍層能隙但是大於該光射出層能隙之能 隙，以及該第二中間壁障層具有同於該光射出層傳導型 但是異於鄰接該第二中間壁障層之第二電鍍層傳導型之 傳導型，以及具有小於該第二電鍍層能隙但是大於該光 射出層能隙之能隙。 7·如申請專利範圍第1項之發光二極體，其中， 該基板係由GaAs所组成； 該第一電級層係由（GaiwADo.sIno.sP (X 1 <x2 S 1)所組 成； 該光声·出層係由（GabxiAlxOo.sIno.sPCtXxlSl)所组 成； 該中間壁障層係由（GaijX4Alx4)0.5In0.5P(xl<x4<x2， x 3 )所組成：以及 該第二電鍍層係由（Ο&Ι-χ3Α1χ3)0.5Ιη05Ρ(χ1<χ35 1)所组 成。 8·—種發光二極體，包括： -35- 本紙張尺度適用中囷國家丨票準（CNS)A4規格（21〇χ 297公釐） ^--------訂---------後 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^32727 A8 B8 C8 ______ D8 、申請專利範圍 —基板； 一光射出層； —具有一大於該光射出層能隙之能隙之P型電鍍層；以 及 —具有大於該光射出層能隙之能隙之η型電鍍層， 其中，該發光二極體係由至少III-V化合物半導體原料 及具有一雙異形結構致使該光射出層係插在該ρ型或η型 電鍍層之間；該ρ型電鍍層包含一 ρ型第二中間壁障層及 一 Ρ型第二電鍍層；該()型第二中間壁障層係比該ρ型第 二電鍍層靠近該光射出層；及該Ρ型第二中間壁障層分 別比該ρ型第二電鍍層之Α1莫耳數及雜質濃度具有較低 之Α1莫耳數及雜質濃度。 9，如申請專利範圍第8項之發光二極體，其中，該ρ型第二 中間壁障層之Α1莫耳數係0.5或更少，以及該ρ型第二電 鍍層之A1莫耳數係0.7或更多。 10. 如申請專利範圍第8項之發光二極體，其中，該ρ型第二 中間壁障層雜質濃度係3xl017cm_3或更少；及該ρ型第 二中間学障層厚度範圍係在大於等於0.1 A m及小於等於 0.5 μ m。 11. 如申請專利範圍第8項之發光二極_趙，其中， 該基板係由GaAs所組成； 該 η 型第一電鍍層係由 CGai-x2Alx2)0 5In0 5P(x 1 1) 所組成； 該光射出層係由（GamAUdlno.sPCOSxlQ〗’ x3) -36- 本紙張尺度適用中國國家標準（CN9A4規格m〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂----- 飧 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 r： ο 7 9 AS BS C8 D8 六、申請專利範圍 所組成； 該P型第二中間壁障電鏡層係由（Gai^ADojIno.sP (X 1 < X 4 < X 3，一小於5xl017 cm·3之雜質濃度）所组成； 以及 該p型第二電鐘層係由（Gai-eADo^Ino.sPix 1 <x3幺1， 一等於大於5xlOi7 cm_ 3之雜質泼度）所组成。 -----------Ί --------訂---------線 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐）