TW201201403A

TW201201403A - Light-emitting device and manufacturing method for the same

Info

Publication number: TW201201403A
Application number: TW099143213A
Authority: TW
Inventors: chun-hui Yan; Jian-Ping Zhang; Ying Liu; Fang-Hai Zhao
Original assignee: Invenlux Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-01-01
Also published as: CN102299222A; EP2400563A2; US8421057B2; US20110315952A1; EP2400564A2; US20130217166A1; EP2400563A3; JP2012009810A; US9236548B2; WO2011162791A1

Description

201201403 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】增強载流子注入、本發明一般涉及發光元件，特別是涉及具有降低熱生成和光吸收的發光元件。【先前技術】非平衡電子和電洞被注入到活動區（active regi〇n)進行輕射複合以產生光’因此’在發光元件中最重要的層較夾在電子⑼ 層型層）和電洞供給層（p型層）之間的活動區。注入的：子（電子和電洞）將受到極性相反的載流子的吸引力和極性相同的載流子的排斥力。則丨力才有料形成電子電㈣（Μ)㈣強電子電洞對的複合機率。因此，有必要將注人的載流子限㈣ -定區域/容積内以獲得較好的發光效率。在過去的幾十年中，活動區已由三維（3D)發展到二維（2D)，甚至到一維和零維（. 〇D)。三維活動區是由準體（―bulJ〇材料製成，沒有任何量子限制效應，載流子在其中可以三維地擴散，電子電洞的複合機籲率車交低。二維活動區一般在載流子注入方向上具有量子限制效應，通常為多量子井（MQW)結構。一維和零維活動區則在其他更多的方向上引入了量子限制，以量子線和量子點活動區為代表。與三維活動區相比，二維多量子井活動區具有較高電子電洞複合機率，而沒有增加製造程序的複雜性。因此，多量子井是現代發光元件中最多採用的活動區。一個多量子井包括複數個交替量子障壁（quantum barrie〇 (在本《•兒明書中也被稱為障壁）和量子井（qUantUm weu )(在本說明 201201403 4 書中也被稱為井），其中量子障壁具有較大的帶隙能。當夾持在量子井兩側時，這些障壁對注入到量子井裏的載流子提供量子限制，從而獲得很高的輕射複合效率。圖1示出了示範性GaN/InGaN 多量子井LED能帶圖。如圖所示，GaN障壁和InGaN井的交接處存在導帶和價帶的不連續性。通常，導帶中的不連續性更為顯著，對井中電子形成位能障壁（potential barrier )。價帶的不連續性提供位能障壁以約束量子井中的電洞。因此，注入井的非平衡電子和電洞在垂直於量子井層的的方向上被限制在量子井中。在現有 # 技術中該量子限制方向與發光元件的載流子注入方向一致。這種量子限制大大增強了電子電洞的譜振強度（oscillation strength )，從而增加了電子電洞的複合機率。然而，發明者也指出了在現有技術中用多量子井作活動區的一些缺陷。參考圖1 (電洞由空心圓圈表示），當載流子從量子障壁被.驅動到量子井中時，會損失載流子的位能。這部分位能首先會被轉換成載流子的動能，然後通過與晶格的作用發射聲子將多餘 φ 的動能全部轉換成熱能。由於導帶的不連續性大於價帶的不連續性，現有技術多量子井LED中電子注入產生的熱量較電洞注入產生的熱量更顯著。例如，在商用藍/綠光LED中，GaN和InGaN被分別用於多量子井中的量子障壁和量子井的材料。量子障壁和量子井之間有0.5 到0.8 eV的帶隙非連續性。根據發明者的發現，當這些商用LED 在1 A的電流驅動下用於通用照明時，由於垂直於量子井的載流子的注入和在此方向上的帶隙非連續性，在多量子井活動區中會 4 5 201201403 產生0.5到0.8瓦的熱量。與MQW帶隙非連續性有關的、正好在發光區内產生的這種熱能，預期會對電光功率轉換效率產生不利影響。特別是在大電流注入的情況下，這種熱生成可能是通常所見的效率衰減的根本原因（效率衰減在美國專利申請公開號 2009/0050924中有所闡述，在此整體地將其内容引入作為參考）。現有多量子井結構的另一個缺陷，就是為了到達最遠端的量子井，載流子被反復從量子井泵進量子障壁。參考圖1，首先被注入到量子井1(第一量子井）的電子，必須被泵進額外的障壁中，以 ® 到達量子井2 (第二量子井）和量子井3 (第三量子井）。這將增加器件的電阻，從而增加器件的正向電壓。Ni等人（Reduction of efficiency droop in InGaN light emitting diodes by coupled quantum wells，Appl. Phys. Lett. 93, 171113(2008))提出採用薄量子障壁以利於載流子隧穿傳輸。然而，隧穿障壁會不可避免具有較小的量子約束效果，以至於有較低的輻射複合機率。在此整體地將其内容引入作為參考的美國專利7,611,917，闡述 • 了一種在外延層中利用穿透位錯生長凹坑的方法，並設想發光活動區能伸展進這些凹坑區域，以提高電洞的注入。同樣，在此整體地將其内容引入作為參考的美國專利申請2009/0191658，也提出提高電洞注入的生長凹坑。而且，美國專利申請2009/0191658 並進一步建議用離子注入或擴散作為後生長製程方法 (post-growth approach )來形成穿入活動區的P型區。該專利申請還提出選擇性刻蝕活動區，並實施P型層再生長以填滿被刻蝕掉的活動區。所有這些途徑通常會改善電洞的注入。然而，利用 201201403 穿透位錯形成凹坑的方法會犧牲器件6 t、a構的品質’其他後生長製程方法也會損壞活動區。這意味著，美果國專利7,611，917和美國專利申請2〇09/0191658建議的方法會導曰守软為件性能降低，如器件較大的漏電流’較差的反向持續電墨及較低的抗靜電能力。簡言之，採用異質結構的現代發光元件大大提高了發光效率。然而，與異f結構所相_帶隙非連續性料可避免地在垂直於異質結構介面（異質介面）的方向上’對載流子的注入產生障礙。

k種對載⑻子庄人的障礙在載流子具有較大有效品質的寬頻隙半導體中尤其嚴重。並且’當·子從寬頻隙層注人到窄帶隙層時，載流子會通過發射聲子來轉換位能。這種㈣子晶格相互作用過程會產生熱能降低發光效率。【發明内容】本發明公開新的載流子注入方法，用以降低或避免多量子井中產生熱旎，以及降低或去除與帶隙非連續性有關的額外正向電壓的增加。本發明的一個方面提供一種包括N型層、p型層以及活動區的發光70件，其中N型層在基本與活動區垂直的第一接觸區與活動區接觸’以將電子橫向注入活動區。車又佳地’ p型層也在基本與活動區垂直的第二接觸區與活動區接觸’以將電洞橫向注入活動區。較佳地，活動區由複數個障壁層和井層製成。在一些實施例中，活動區含有20_50對井層和障壁層。在—些實施例中，活動區的整個厚度在400奈米-1000奈米的範 201201403 圍内。母個障壁層的厚度在1G奈米柳奈来的範圍内。在一些實施例中’至少兩個井層發射不同《的光，其峰值的波長差至少為10奈米。用於容放N型層、p 5亥組包括GaN、藍寶石砷化鎵。型層和活動區的基板能夠選自下述組中，石夕、被化石夕 '氧化鋅、石英、玻璃以及本發明的另一個方面提供包括N型層、P型層以及夾在N型層镰和P型層之間的垂直錯置活動區的發光元件。該活動區包括複數個容積單元，每個容積單元由頂面、底表面 f側土限疋。相鄰谷積單元垂直地錯置，使得相鄰容積單元的頂不在同I面内，或者底表面不在同一平面内；容積單元的側壁被分成兩組’第-組側壁暴露於N型層以接收從N型層橫向注入的電子，第二組側壁暴露於P型層以接收從P型層橫向注入的電洞，每組側壁會暴露一個以上的量子井層。 • 纟一些實施例中，容積單元的頂面基本上分別位於兩個垂直隔開的平面内或位於兩個以上垂直隔開的平面内。在-些實施例中，所有容積單元具有同等數量的量子井層和基本同樣的高度，相鄰容積單S共有—個包含至少―個井層的垂直重疊部分。在-些實施例中，N型層和容積單元的第一組側壁之間的接觸表面積，與P型層和容積單元的第二組側壁之_接觸表面積之比在0.5到2的範圍内。 7 201201403 本發明的另一個方面提供具有包括N型層、p型層及夾在N型層和P型層之間的發光活動區的發光元件，其中該活動區具有複數個凸向N型層的第一凸起單元，第一凸起側壁暴露於N型層且能夠接受從N型層橫向注入的電子。在一些實施例中，活動區還具有複數個凸向P型層的第二凸起，第二凸起的側壁暴露於P型層且能夠接受從p型層橫向注入的電洞。較佳地，活動區包括複數個井層和障壁層，第一種凸起的側壁暴露一個以上井層。在些貝施例中，第-種凸起包括彼此之間隔開的凸起。而在另—些實施例中’第-種凸起包括彼此連接本發明的另—方面提供包括帶有複數個第—凸起的N型層、p型層及夾在_層和的凸起以形成連續結構。P型層之間具有複數個井層和障壁層时光活動區的發光元件。該活動區具有複數個對應於N型層的第—凸起的第-凹陷’每個第-凹陷容放—個第—凸起，第—凹陷的側壁暴露-個以上井層且能接受從心層的第—凸起橫向注入的電子。在:些實施例中，活動區也具有複數個第二凹陷，P型層具有複數個第二凸起，每個第二凹陷容放一辟, 似弟一凸起，弟二凹陷的側土暴路—個以上井層且能接受從p型層的第二凸起橫向注入的带洞〇在一些實施例中第一凹陷穿過整個活動區並部分被P型材 201201403 料和用於分隔P型材料和第—&起的絕緣材料所填充，這部分p 型材料與p型層相連。在一些實施例中，第-凸起包括彼此分開的凸起。在一些實施例中，第一凸起包括彼此連接的凸起以形成連續結構。在一些實施例中，第二凹陷單元穿過整個活動區，並部分被_ 種絕緣材料所填充用以分隔第二凸起與N型層。在一些實施例令，第-凹陷穿過整個活動區’並部分被另一種絕緣材料所填充 φ 用以分隔第一凸起與p型層。發明的另-方面提供-種發光元件的製作方法。該方法包括：在基板上殿積N型層；圖案化該形成複數個㈣第一組表面與第一組表面垂直錯置的第二組表面的凹陷；再在N型層 2表面上澱積與其共形的活動區，使得活動區的第一部分形成= 第一組表面上，活動區的第二部分形成於第二組表面上，其中活動區的第-部分與活動區的第二部分垂直錯置；再在活動區上澱積與其共形的P型層。杈佳地，澱積活動區的步驟包括交替地澱積複數個井層和障壁層。與N型層接觸的活動區第一部分的側壁暴露至少一個井声，與p型層接觸的活動區第二部分的側壁暴露至少一個井層。在一些實施例中，該方法包括：在澱積活動區之前，還在層上澱積N型修復層，該N型修復層層覆蓋N型層的第一組表面和第二組表面。在些貫施例中，该方法包括.在殿積活動區之前，還在n型 201201403 層上殿積絕緣層’該絕緣層覆蓋N型層的第—組表面和第二組表面’但不覆蓋連接第—組表面和第二組表面的侧壁。本毛明的另-個方面提供一種發光元件的製作方法。該方法包括：在基板讀積N型層，在該N型層上形成絕緣層；圖案化絕緣層，以去掉該絕緣層的暴露部分和在該絕緣層的暴露4刀下面的N型層的—部分，以形成剩餘絕緣層的第—組表面鲁和與該第一組表面垂直錯置的剩餘ν型層的第二組表面；殿積活動區，這樣活動區的第一部分形成於第一組表面上，活動區的第一部分形成於第二組表面上；去掉活動區的第一部分以剩餘絕緣層；在活動區上殿積ρ型層以覆蓋活動區的頂部表面，其中ρ型層的一部分填充被活動區的去掉的第—部分佔據的空間，以數個電洞注入塞；圖案化和和刻蝕Ρ型層，以去掉部分電洞注入塞及其下面的絕緣層，直到露出Ν型層，以形成複數個電子注入塞空洞；以及將另一 Ν型層澱積入複數個電子注入空洞，以形成複數個電子注入塞；在複數個電子注入塞上澱積另一絕緣層，以將複數個電子注入塞與Ρ型層絕緣。較佳地，澱積活動區的步驟包括交替地澱積複數個井層和障壁 201201403 %, a電洞/主入塞與至少一個井層接觸並且電子注入塞和至少一個井層接觸。在些貝施例中，該方法包括：在题積活動區之前，還在N型層上殿積修復N型層，該修復N型層覆蓋第—組表面和第二組表面0 本發明的另一個方法提供一種發光元件的製作方法。該方法包括： φ 提供在基板上殿積的N型層、絕緣層和p型層；圖案化和刻钱P型層和絕緣層，直到露出n型層，以形成複數個含有P型層的剩餘部分和絕緣層的剩餘部分的凸起；在N型層上殿積帶有複數個井層和障壁層的活動區，使得凸起穿過居動區，並且將p型層的剩餘部分暴露於—個以上井層。在二只化例中，圖案化和刻钕p型層和絕緣層的步驟，將N 型層刻蝕預定的厚度。 • 【實施方式】本領域普通技術人員基於本說明書的教導，能夠將本發明的原理，用於發光元件如發光二極體、錯射二極體，也能應用於光探測益-極體。為了方便和簡要，本發明人以氮化鎵為基礎的發光二極體為例，來闡述本發明的實施例。但是，應當理解，本發明決不局限於以氮化鎵為基礎的發光二極體。根據本發明的一個方面，提供能夠在與多量子井層平行的方向上注入電洞或能夠將電洞橫向注人量子井的發光元件或發光二極 201201403 \ 體。本發明公開此種發光元件的結構和製作程序。該製作程序包括以下步驟：提供犯本’該範本包括在基板上殺積的厚N型半導體層、在N 型層讀積的絕緣半導體層以及在絕緣層上_的p財導體型 ;本成型’包括在範本上形成掩膜，通過刻餘以穿過未被掩膜覆蓋的部分以達到N型層，從㈣成兩組垂直錯置的表面，再去掉掩膜；在成型的乾本上恢復LED的生長，包括澱積薄N型層以修復表面…、、後在修復表面上殿積多量子井活動區，再在多量子井活動區上殿積p型層。根據本土明的另—個方面，提供可以橫向注入電洞和電子的發光—極體。該製作程序包括以下的步驟：提仪範本，5亥範本包括在基板上澱積的厚N型半導體層；將°亥範本成型，包括在範本上形成掩膜，通過刻姓掉未被掩膜覆蓋的部分’以達到N型層，以形成兩組垂直錯置的表面再去掉掩膜；在成型的Ιϋ本上恢復LED的生長，包括澱積薄N型層以修復表面’然後在修復表面上殿積多量子井活動區，再在多量子井活動區上激:積p型層。根據本發明的再一個方面，提供能夠橫向注入電子的發光二極體D该製作程序包括以下步驟： 12 201201403 提供範本，該範本包括在基板上殿積的厚N型半導體層、在N 型層上澱積的絕緣半導體層；將該範本成型，包括在範本上形成掩膜，通過刻钱以穿過未被掩膜覆蓋的部分以達到N型層，從而形成兩組垂直錯置的表面，再去掉掩膜；在成里的|已本上恢復LED的生長，包括殺積薄N型層或絕緣層以修復表面，錢在修復表面上_多量子井活動區’再在多量子井活動區上澱積p型層。士㈣本發明的再另—方面，提供可以向相同多量子井活動區同時橫向注人電子和電洞的發光二極體。該製作程序包括以下驟：提ί、範本4範本包括在基板上殿積的厚N型半導體層、在N 型層上务積的絕緣半導體層；冑本成㉟’包括在範本上形成彳’冑過刻#穿過未被掩 φ :覆1的4刀以達到N型層，從而形成兩組垂直錯置的表面，去掉掩膜；在成型的範本上恢復外延生長，包括搬積薄n型層或絕緣層以修復表面，然後在該修復表面上殿積多量子井活動區；第二次形成覆蓋/保護凹陷的多量子井區的掩膜；第二次刻蝕以去掉未被掩膜覆蓋的多量子井區，直達絕緣層半導體； 13 201201403 去掉第二掩膜，恢復P型層的生長；第三次形成掩膜，刻蝕直到N型層；恢復N型層和絕緣層的外延生長，其中使該N型層首先在基板上的底部N型層相接觸生長。圖2A-圖2D示出向多量子井活動區橫向注入電洞的本發明發光二極體實施例的結構和製作程序。參考圖2A" N型層.20澱積在基板10上。該N型層20可以是跟基板10相同的材料製成，也可 ^ 以是由與其不同的材料製成。也就是N型層20可以在基板10上作同質外延或異質外延生長。作異質外延生長時，在N型層20和基板10之間可能有其他層，比如舒缓N型層20和基板10之間晶格不匹配的缓衝層。在以氮化鎵為基礎的發光二極體中，N型層 20可以是石夕#雜的氮化鎵、石夕摻雜AlGaN、或石夕摻雜的InGaN層。基板10可能是氮化鎵、藍寶石、矽、碳化矽、石英、氧化辞、玻璃和砷化鎵及相關領域裏的類似材料。在N型層20的頂部上形成絕緣層30，接著是P型層40。絕緣層30可以是絕緣的氮化鎵， # 例如本質氮化鎵（Intrinsic GaN)、鐵摻雜的氮化鎵或高補償摻雜的氮化鎵層，或絕緣的鋁轉氮（AlGaN)或氮化鋁（A1N)層。絕緣層30是用於作電隔離，因此電阻率優選要比較高，較佳為高於100 Ω.cm，最好為高於1000 Ω.cm，P型層40可以是P型氮化物如鎂摻雜的氮化鎵（GaN)、銦鎵氮（InGaN)或鋁鎵氮（AlGaN)層。參考圖2A和圖2B，掩膜15用於限定刻蝕圖案。刻蝕深度要等於或大於絕緣層30的厚度d3和P型層40的厚度d4之和，以露出 N型層20，允許隨後形成的活動區完全接觸N型層20。絕緣層 14 201201403 3 0的厚度d 3最好在〇 ·】到〇 · 5微米之間的範圍内，p型層如的厚度山最好在0.2 Μ 〇.6微米之間的範圍内，但^和&不限於上^ 厚度範圍。

刻钮之後’去掉掩膜15，以露出剩餘ρ型層4〇，的上表面· 和部分Ν型層20的上表面2〇丨。兩組表面4〇1和2〇1垂直錯置，如圖2Β所示，以便於接著的励結構生長。該㈣結構生曰長始於殿積可選的N型修復層22，用以修復/翻新N型層2〇的已刻敍表面，以利於後面多量子井活動區的生長。N型修復層K可以是氮化鎵（GaN)、銦鎵氮（InGaN)或紹鎵氮（A，）層，厚度在〇·1到幾微米如3微米。修復層的厚度最好在g5微米的範圍内。參考圖2C ’ N型修復層22包括兩部分：分別修復表面 201和401的層221和222。層221的厚度要小於剩餘絕緣層％, 的厚度和刻料N型層2〇的厚度之和，這樣層221不會和剩餘p 型層4〇’直接相接觸。多量子井活動區50 (包括在層221上形成的活動區501和層222上形成的活動區5〇2)被殿積在n型修復彳22上夕里子井活動區50通常是由交替的鋁銦鎵氮 (AlInGaN)里子井和紹銦鎵氮⑼祕⑻量子障壁製成特例疋乳化鎵（⑽）或銦鎵氮（InGaN)障壁和銦鎵氮（InGaN)井。最後1層60氣積在多量子井活動區5〇之上以完成該結構。根據刻飯深度和再生長厚度’ p型層6()可以具有平整表面（圖⑹ 或不平正表面（圖2D)。在p型層6〇的表面不平整的情況下可以用不同折射率的材料來填充以使不平整表面平整。如目2D，p 5!•層60的不平整表面通過填充材料7〇而變平整。材料7〇可以是包"貝如—氧切、氮切錢明導電氧化物如ITO。 15 201201403 如圖2C和2D中所示結構，可實現向多量子井活動區5〇1橫向左入電洞。在圖2(：和2D中，電洞電流和電子電流分別以空心箭頭和實心箭頭表示。從圖中可看到，除了傳統的垂直電洞注入，還有通過剩餘P型層4〇,的側壁向多量子井活動區训中顯著的橫。電同/人&於夕罜子井活動區5〇1跨過剩餘絕緣層的側壁和剩餘P型層40,的側壁，因此可以將電洞橫向注入多量子井活動區5〇1的側壁，並無從剩餘p型層4〇，到n型修復層221的漏電之虞。在殿積P型層6〇之前，可以選擇性地移去多量子井活動區502 和/或N型修復層222。可以選擇性地在p型層叫多量子井活動區501之間殿積帶隙能比p型層6()更大的其他p型f 旦根據掩膜15限定的刻钱圖案，可以調整橫向注入的電洞電流分一 x’m®案可以是_維或二維圖案。—個簡單的—維圖案就是组平行線條，-個簡單的二維圖案可以由兩組互相交又的平行 =形成。如圖1就是—個如此形成的二維圖案，即由兩組互相 =时行線條所構成的方形網格。參考圖2β和圖6，當圖㈣中㈣結構的俯視圖時’則向上凸_長條具有上表面4 01，由剩餘p刑爲j Λ, „ 曰剩餘絕緣層30’和Ν型層20的一部分叠加而成（如果刻蝕p j 9 ^ 和絕緣層30部分刻餘了 N型層〇)。長條圍著的凹陷的太+由θ s & 來接㈣暴露20的上表面201，用术接納N型修復層221或用 16 1 ⑽於活動區5〇1的直接生長。凹陷的方 201201403 在圖2和圖6所例示的情況下，橫向注入的電洞電流分量正比於（2d.a/(a +2d.a))(不考慮由剩餘p型層4〇，所引起的額外電阻），这裏d和a分別是長條（或側壁）的寬度和凹陷方塊的邊長。在一些貫鈀例中，長條寬度d在Μ 〇微米之間的範圍内，方塊的邊長a在5-50微米之間的範圍内。由於在剩餘p型層4〇,上生長的多量子井活動區502對發光沒有貢獻，因此d不要太寬。而另一方面，由於橫向注入的電洞電流幾乎正比於d，因此d又要足夠大。

圖7中所示的是另一個具有方形點陣的二維圖案。圖7可以看作是圖2B的另-個例示結構的俯視圖。當d小於a/2，例如小於 a/4或a/8時’直徑為d的圓圈代表向上凸起的橫向電洞注入柱體其中a是二維方形點陣的點陣晶格常數。這裏向上凸起的横向電洞注入柱體具有上表面401，是由剩餘p型層4〇，、剩餘絕緣層3〇, 和N型層20的一部分疊加組成（如果刻蝕p型層4〇和絕緣層3〇時部分祕了 N型層2〇)。凹陷區而不是向上凸起的橫向電洞注入柱體暴露了 N型層2G的上表面2(n，絲接納N型修復層221 或活動區501的外延生長。這種情況下，橫向注入的電洞電流正比於(d/a)。除了圓形，向上凸起的橫向電洞注入柱體的橫截面可以是其他規則或不規則形狀。其他適合的一維或二維圖案也可用於這些實施例中。可以k擇性地在P型層60和多量子井活動區5〇ι之間殿積薄絕緣層又有在圖2C和圖2D中顯示），該絕緣層直接與多量子井活動區501接觸，廷樣就禁止了向多量子井活動1 5〇1 #垂直電洞注入〃有&向電洞注人的路#是開放的，從而實現完全橫向電 17 201201403 洞注入。如果需要，p型層60可以與多量子井活動區501部分接觸’例如薄絕緣層只覆蓋多量子井活動區501的一部分，而多量子井活動區5〇1的其餘部分則暴露於P型層6〇。如前所述，橫向電洞注入可以降低多量子井活動區中的熱生成，在活動區中得到更均勻的電洞分佈。

本發明的另一個實施例可以對活動區橫向注入電子。圖3A_圖 3C出示了該實施例中發光二極體的結構和製作程序流程圖。橫向電子/主入與杈向電洞注入具有同樣的重要性，因為這樣可以將多置子井活動區中的熱電子的數目和電子溢出的可能性降至最低。就降低多量子井活動區中的熱量而言，由於帶隙非連續性大多分佈在導帶中（占60-8()%)’因此’期望橫向電子注人在降低活動區熱生成上將扮演更重要的角色。如圖3A，N型層20澱積在基板10上。4 N型層2G可以是同質或異質外延殿積在基板上。 f異質生長的情況下，N型層2G可包括其他用作緩衝的層，以舒型層2G和基板1()之_晶格不匹配。在氮化鎵為基礎的發一-極體中，N型層2〇可以由石夕摻雜氮化嫁製成，型層川也域裏其他傳統的任何合適的N型層。基板料以是氮石、碳切、坤化鎵和領域裏使用的類似的材料。在N 孓日2〇的頂部上形成絕緣層3 例如太餅* 緣層3〇可以是絕緣的氮化鎵，或絕緣的峨或氮化•二摻雜的氮化鎵層’ 職如最好高於10嶋.咖，厚度要大於 .卡取好在〇·2到0.5微米之間。 18 201201403

N 如前所述，掩膜15用來限定想要的一維或二維或不規則刻蝕圖案。刻蝕深度要足夠大以使得多量子井活動區5〇1局部内置於剩餘N型層20’的凹陷區中（圖3B和圖3C)。參考圖％，絕緣層 30和N型層20合起來的刻蝕深度最好在〇 3到1〇微米之間的範圍内。然後，多量子井活動區501和5〇2則同時在剩餘N型層2〇, 的暴露上表面201和剩餘絕緣層3〇,的上表面3〇1上層層澱積。多量子井活動區501通常由交替的鋁銦鎵氮量子井和障壁製成，特例是，GaN或InGaN障壁和inGaN量子井。最後，在多量子井活 Φ動區5〇1和5〇2上生長P型層6〇以完成該結構。根據刻姓深度和再生長厚度，P型層60可以是平整的表面（圖3C)或不平整表面 (未在圖中顯示）。在P型層6〇的表面不平整的情況下其他不同折射率的材料可用來填充以使p型層的不平整表面平整，例如圖2D所示的填充材料70。當器件被加上正向偏壓時，電洞電流和電子電流被驅動進入多置子井活動區501，如圖3C中分別以空心和實心箭頭所示。由於 •多量子井活動區501跨過剩餘N型層20,凸起部分的側壁和剩餘絕緣層30’的側壁的佈置，因此旁通過多量子井活動區5〇ι的漏電得以被抑制。另外參考圖3C，修復層221和222可以做成類似於圖2a_2D 中的N型修復層22。並且此實施例中的修復層221和222可以是 N型層或絕緣層。在修復層221是1^型層的情況下，橫向注入的電子電由剩餘N型層20的凸起部分的側壁和被修復層221覆蓋的乘j餘N型層20的凹陷表面區域的剖面積之比調節。在修復層 201201403 •v 221是絕緣層的情況下，向多量子井活動區5〇1的垂直電子注入被抑制，只有橫向注入途徑開放，從而實現完全橫向電子注入。如果需要，當修復層221是絕緣層時，絕緣層221可以做成只覆蓋剩餘N型層20,凹陷表面區域的一部分，從而允許部分垂直電子注入到多量子井活動區501。剩餘絕緣層30’是用來絕緣剩餘N型層2〇，和p型層6〇。只要達到這個目的，那麼内置於多量子井活動區5〇1中的剩餘絕緣層的一部分要做到越薄越好，這樣刺餘N型層2〇，的凸起部分可以和夕i子井活動區501有更多接觸表面積，從而允許更多電子從剩餘N型層2〇,橫向注入到多量子井活動區5〇1。最好，活動區則的50%多的厚度内置於剩餘N型層2〇,的凹陷區中，例如活動區 501的大於60%、70%或80%的厚度内置於剩餘N型層2〇,的凹陷中。應該注意的是’圖3A-3C.的實施例中的各層可以相同或類似於圖2A-2D的實施例中的對應層，可以採用圖A】中同樣或類似 # 的製作程序來形成。剩餘絕緣層3G，和該剩餘絕緣層3()，下關餘N型層2()，對應的凸起部分可以具有任何適合的一維或二維圖案或任何適合的規則或不規則圖案’如圖6和7所示，或它們的組合。例如，當把圖6 可看做是圖3B的例示結構的俯視圖時，向上凸起的長條具有上表面3〇1，由剩餘絕緣層3〇, N型層2〇,的一部分疊加而成。由長條圍起的凹陷方塊露出剩餘N刑思型層20的上表面201，以接納N型修復層221或活動區501的吉垃々k 4 & ’ 旳1接外延生長。凹陷的方塊可用其他規 20 201201403 =不㈣形狀來代替，如三角形、多邊形、圓形或不同形狀的 '，且口此例7^中’長條尺寸與前所述相同。例如，在—些例示度d在M0微米之間的範圍内，比如3微米“微 1 在5-50微米之間的範圍内，如10微米，2〇微米， 30微米或40微米。圖7可以看做是圖3B的另一個例示結構的俯視圖。當^小於 a/2 ’例如小於a/4 $ a/8時，直徑為d的圓圈代表向上凸起的橫向電子注人柱體，其中a是二維方雜陣的點陣晶格常數。在此例 =中，向上凸起的横向電子注入柱體具有上表面斯，由剩餘絕緣層如，和剩餘N型層20，的一部分疊加而成。凹陷區域而不是向上凸起的橫向電子注入柱體暴露剩餘N型層2〇，的上表面加，以㈣N型修復層221或直接接觸活動區5〇ι的外延生長。這襄，橫向注入的電子電流與(d/a)2成正比。向上凸起的橫向電子注碌體可以具有圓形以外的其他規則或不規則剖面形狀。圖4A-圖4D示出另一個實施例。如圖从中所示在基㈣上㈣N型層20。㈣層20可以在基板1Q上同質或異質外延生長。在異質外延生長的情況下，N型層2G可包括其他用作緩衝的層，以舒緩N型層20和基板1〇之間的晶格不匹配。在以氮化錄為基礎的發光二極體中，N型層2〇可由石夕推雜的氮化録製成i型層 2〇可以是領域裏傳統使用的任何適用的N型層。基板可以是氮化鎵、藍寶石、碳化石夕、坤化鎵及該領域襄類似的材料。在N 型層20上形成掩膜15以限定刻銳圖案。刻敍到預定深度後，在剩餘N型層20,上形成具有基本垂直側壁的複數個凹陷，以形成隔 21 201201403 > 開間距為屯的兩組垂直錯置的表面201和202。間距屯最好在0.1 到〇·3微米之間的範圍内。根據發光元件的特殊結構，間距屯也可以小於0.1微米或大於0.3微米。接著，在剩餘N型層2〇,上選擇性版積N型修復層22，包括在表面201上形成的n型修復層 221和在表面202上形成的N型修復層222。然後，澱積活動區如多量子井活動區50，其包括在N型修復層221上形成的多量子井活動區501和在N型修復層222上形成的多量子井活動區5〇2。在多量子井活動區501和多量子井活動區502上殿積p型層6〇。 • 如圖4C和圖4D所示，多量子井活動區501和多量子井活動區5〇2 具有垂直重疊部分，用來防止漏電流旁通過多量子井活動區5〇。垂直重疊部分要至少包括一個量子井層，最好26個量子井層。夕里子井活動Q 501和多子井活動區502垂直錯置，是指.至少一些量子井層在多量子井活動區501和多量子井活動區5〇2之間的交界處不連續。換句話說，也就是至少一些量子井層的邊緣被多罝子井活動區501和多量子井活動區5〇2的側壁暴露，這樣， • 電子或電洞能通過暴露的邊緣橫向注入到量子井層中。在圖4C-4D所示的實施例中，多量子井活動區5〇1和5〇2的側壁是基本垂直的。不過，多量子井活動區5〇1和5〇2的非垂直側壁、傾斜側壁或其他形狀的側壁也可用在本發明中，只要至少一些量子井層的邊緣得以暴露，以接受載流子橫向注入即可。在圖4C-4D所示的實施例中，p型層6〇和N型層2〇，分別是單層。應該理解，P型層60能包括複數個帶有相同或不同組分的p 型層，N型層20’能包括複數個帶有相同或不同組分的N型層。 22 201201403 在圖4Α·4Β所示的實施财，所述此組表® 201都在同一水平面上亚且每-個都是—個平坦表面，所述此組表面搬也都在同水平面上並且每-個都是平坦表面，表面和表面搬之間的側土基本垂J： <旦是’不同表面2〇1能夠位於具有不同高度的不同平面内並且可以為非平坦表面，不同表面2G2也可以在不同高度的水平面上並且為非平坦表面，而且表面2〇1和表面2〇2之間的側壁可以是非垂直的、傾斜的或其他的形狀。因此，多量子井活動區502的上表面也可以在不同高度的平面上並且可以是非鲁平:t—表® #里子井活動區5〇2的下表面也可以在不同高度的水平面上並且可以是非平坦表面。如圖4E所示上表面皿位於不同平面上，從而多量子井5〇2也位於不同平面上。該實施例能夠橫向注入電子和電洞。電洞被橫向注入到多量子井活動區502,而電子則被橫向注入到多量子井活動區5〇ι。由於夕里子井活動區501和多1子井活動區5〇2都有助於發光，因此，最好選擇刻姓圖案使得凸起和凹陷的區域具有相同或相近的面 _積。雖然可以採用任何適用的__維或二維圖案，但此僅以二維圖案為例，如圖8中所示的象棋棋盤狀構型就是圖4b的一個示例結構的俯視圖。如圖所示，向上凸起方塊具有上表面2〇2，長度h 在5-50微米之間的範圍内，例如a2可以是ι〇微米，2〇微米，％微米或40微米。與凸起方塊交替佈置的凹陷方塊具有表面為 2(H ’長度a丨在5-50微米之間的範圍内，例如長度&丨可以是1〇微米，20微米，30微米或40微米。上表面2〇2和表面2〇1分別接納N型修復層222和221，或分別用於活動區5〇2和5〇ι的直接外延生長。向上凸起方塊和凹陷方塊可以用其他規則或不規則 23 201201403 形狀如三角形，多邊形，圓形或不同形狀的混合來代替，向上凸起的面積可以等於’大於或小於凹陷區的面積。在圖"的實施例中，向上凸起區和凹陷區的面積相等（的小圖6可以看做疋圖4B的另一個例示結構的俯視圖，向上凸起的長條具有上表面202，由的剩餘N型層2〇，的凸起部分形成。由長條圍繞的凹財塊暴_純型層2G，的表面期。這裏凹陷的方塊可以用其他規則或不規則形狀如三角形，多邊形，圓形或不同形狀的混合替代。該實施例與圖2A_2DMA 3c之間的—個顯著 G別在於該實施例中的相鄰活動區5〇1矛口 5〇2共用垂直重疊部分’其起防止旁通過多量子井活動區5〇的漏電流路徑而且包括至少-個量子井層，最好包括2_6個量子井層。在一些實施例中相鄰活動區5〇1矛口 502的垂直重疊部分包括多於6個量子井層。鲁圖7可以看做是圖4B的另一個例示的俯視圖。當d小於^，例如小於a/4或a/8時’直徑為d的圓圈代表向上凸起的橫向電子主入柱體，其中a是二維方形點陣的點陣晶格常數。這裏向上凸起，檢向電子注入柱體具有上表面2〇2，由的剩餘N型層的凸 =部分形成。凹陷區而不是向上凸起的橫向電子注入柱體暴露剩餘N型層20,的表面201。表面搬和加分別接納心修復層 222和22卜或用於活動㈣i和5〇2的直接外延生長。這裏橫向注入的電子電流與（d/a)2成正比。向上凸起的橫向電子注入柱體可以具有圓形以外的其他規則或不規則形狀的橫截面。。。進一衫考圖4C-4D，活㈣5G可以被描述為含有複數個體積早凡，每個體積單元由上表面·、底表面觸及側壁测限 24 201201403 定。每個體積單元包括複數個量子井層和障壁層。相鄰體積單元垂直錯置以使相鄰體積單元的上表面不在一個平面内，或相鄰體積單元的底表面不在-個平面上。體積單元賴壁被分成兩組。 -組側壁暴露於N型層以接收從N型層橫向注人的電子。另一組側壁暴露於P型層以接收從p型層橫向注人的電洞。在圖4C_4d 的示例中’活動區501包含暴露於N型層的側壁組，而活動區5〇2 包3暴路於P型層的側壁組。較佳地每個側壁暴露—個以上的井層，更最好暴露超過所有井層的—半。通過調節活動區5〇1和 502的相對尺寸，剩餘N型層2〇，與活動區5〇ι的側壁之間的接觸表面積和p型層6〇與活動區5G2的側壁之間的接觸表面積之比，可以在如0.5到2之間，最好在〇8到以之間調節。在一些實施例中’這個比值大概是i。而在另一些例示中，該比值小於或大於1.5。進一步參考圖4B和圖6_8，在圖8所示的實施例中，每個凸起方塊202和每個凹陷方塊2G1適合於容放—個體積單元。在圖6 的貫知例中’ π有表面2〇1的每個凹陷方塊容放一個體積單元，而包圍凹陷方塊的上表面為搬的長條則容放一個與長條形狀共形的長條體積單元。在圖7的實施例中，上表面為2〇2的每個: 上ώ起的橫向電子注人柱體容放—個體積單元，而包圍向上凸起知、向電子注入柱體的表面為2〇1的凹陷區則容放一個連續體積單元。在圖4C-4D的例示中，所有體積單元具有相同數量的井層和障壁層’也具有基本相同高度。體積單元的上表面分別位於兩個垂 25 201201403 直隔開的平面上。體積單元的底表面也分別位於兩個垂直隔開的平面上。但疋’本發明並不限於此結構。比如體積單元的上表面可以分別位於三個或三個以上垂直隔開的水平面上，體積單元的底表面也可以分別位於三個或三個以上垂直錯隔的纟平面上，如圖4E所示。還可能所有體積單元不具有數量的井層和障壁層，也不具有相同的高度。體積單元的側壁可以是基本垂直的或傾斜的或“他幵/狀，，、要至少一部分井層的邊緣被側壁露出以接收橫向注入的載流子。在該實施例中，如果層221# 222是絕緣層，多量子井活動區 5(H是主要的發光區域，實現了完全橫向電子注人，而多量子井活動區搬將對發光貢獻相對較少，因為多量子井活動區5〇2是通過多量子井5〇1電連接於!>型層6〇和N型層2〇，之間。根據刻敍深度和再生長厚度，p型層6〇可以有平坦表面（圖⑹ 或非平整表面（圖則。在p型層的的表面是非平整的情況下，其他具有不同折射率的材料可用來填充以使不平整表面變平整。如圖4D所示’P型層6〇的非平整表面的用填充材料⑷吏苴變平整。材料70可以是介電材料如二氧化石夕，氮化石夕或透明導電氣化物像ITO°材料7G的適當選擇可增強出光效率。圖4C-4D所示的是覆^:客旦工丑丄本復|夕里子井活動區501和502的p型層 60。選擇地，在P型層6〇和多量曰里卞开活動£ 501及502的上表面之間可以澱積薄絕緣層（圖中夫顧 γ禾顯不），比如與多量子井活動區5〇1 和502直接接觸，這樣阻止電洞垂旦直/主入到夕里子井活動區501 和502，而只允許橫向電洞注入。即禾而要，Ρ型層60可以被製 26 5. 201201403 成有一部分與多量子井活動區5G1和5G2接觸，比如薄絕緣層只 #多1子井活動區501和5〇2的一部分，而多量子井活動區5〇^ 和5〇2的其餘部分則暴露於P型層60。如果需要，也可以在p型層6〇和多量子井活動區5G1和502的上表面之間形成_個其他層如帶隙比P型層60更寬的p型層。在另個貫轭例_實現將電子和電洞橫向注入到同—個多量子井活動區中。如圖5A_5J所示，在基板1〇上殿積N型層汕。N 修型層20可以在基板1〇上同質或異質外延生長。在異質外延生長的If況下N型層2G可包括其他用作緩衝的層，以舒緩N型層 2 〇和基板1 〇之間的晶格不匹配。在以氮化嫁為基礎的發光二極體中’ N型層20可由石夕摻雜的氮化鎵製成，N型層2〇可以是領域襄傳統使用的任何適用❹型層。基板1G可以是氮化鎵，藍寶石，矽，碳化石夕，石英，氧化辞，玻璃和石申化錄及領域裏類似的材料。在N型層2G上_絕緣層3()。在絕緣層3()上形成第-掩膜15 以限定刻_案。在刻省虫後，去掉第一掩膜15以露出剩餘絕緣層春30,的上表面301和剩餘N型層2〇，的一部分的上表面加。兩组表面3〇1和201垂直錯置，如圖5β所示，以用於隨後的二極體結構生長。其由殿積可以先選擇性生長一個N型修復層U，以修復 /更新N型層2G的麻過的表面，以利於其後的多量子井活動區的生長。該N型修復層22包括在剩餘N型層2〇，的上表面2〇ι上形成的N型修復層221和在剩餘絕緣層3〇，的表面3〇ι上形成的 N型修復層222。然後，殿積多量子井活動區％，包括在n型修復層221上形成的多量子井活動區5〇1和在㈣修復層奶上形成的多量子井活動區502。接著形成第二掩膜152覆蓋多量子井活 27 201201403 動區501，但暴露多量子井活動區5〇2。進行刻蝕以部分或全部去掉在表面301或N型修復層222上澱積的多量子井活動區5〇2, 使得暴露多量子井活動區501的側壁（圖5〇_圖5E)。去掉掩臈 152。再生長p型層6〇 (圖5F)。如圖5F所示，p型層60覆蓋多里子井活動區501的上表面和側壁。選擇地，可以在p型層6〇和活動區501的上表面之間澱積薄絕緣層（圖中未顯示），比如與多量子井活動區5〇1直接接觸，這樣得以阻止電洞向多量子井活動區501垂直注入，而只有橫向注入路徑開放，實現電洞完全横向籲注入。如果需要，P型層60可以有一部分與多量子井活動區5〇ι 接觸，比如薄絕緣層只覆蓋多量子井活動區5〇1的一部分，而多量子井活動區501的其餘部分則暴露給p型層6〇。如果需要，也可以在P型層60和多量子井活動區5〇1上表面之間殿積其他層，如帶隙能比P型層60高的p型層。可以選擇性地留下一定厚度的未刻飯的活動區502’但同時多量子井活動區5〇ι的側壁要暴露於 P型層60。在P型層60上殿積掩m 153，露出先前為去掉的活動區5〇2的區域對齊的部分並進行㈣，直到露出剩餘N型層2〇,及露出的剩 —、！層20上的夕里子井活動區5〇1的側壁（圖瓜圖阳）。在第三掩膜153就位時，在露出的剩餘N型層2〇,上殺積N型層223, 與多量子井活動區501的露出側壁相接觸，在N型層223 絕緣層302 ’以隔開N型層223和p型層6〇,（圖51)。非平整區 T (如果存在）可用光學材料7〇來填充。最後，去掉掩膜153和八上的任何_物’以得到如㈣所示的最終元件結構。 28 201201403 為了調節橫向電洞和電子注入的比例，可以調節由N型層223 和絕緣層302形成的電子注入塞的數量及由在多量子井活動區 501之間形成的p型層6〇的一部分形成的電洞注入塞的數量。例如電子/主入塞與電洞注入塞的數量之比可以在〇. 1到2之間，最好在0.5到1之間。或者，可以調節電子注入塞和多量子井活動區 501側壁之間的接觸表面積與電洞注入塞和多量子井活動區$⑴ 側壁之間的接觸表面積之比，例如在〇丨到2之間，最好在〇 5到 1之間。如圖5J所示，電洞和電子都可以被橫向注入到多量子井活動區 501的同一個區域。另外，如果用絕緣層取代N型修復層，則可實覌電子的完全橫向注入。另—方面，如果在p型層6〇和多量子井活動區501的上表面之間澱積薄絕緣層（在圖5]ρ圖5j中未顯示）’例如與多量子井活動區5〇1直接接觸，則可阻止向多量子井活動區501的垂直注入電洞，而只有橫向注入路徑開放，實現電洞的完全橫向注入。因此，在絕緣層221和在p型層6〇和多量子井活動區5G1的上表面之間殿積的薄絕緣層存在的情況下就可以實現向同-個多量子井活動區5G1的完全橫向電子和電洞注入。這將最大程度最小化量子井中的熱生成，及在量子井中獲得取均勻載流子分佈。如果需要，也可以在p型層6()和多量子井活動區501的上表面之間澱積其他層，如帶隙能比P型層6〇大的p 型層。另外在以上例7F巾’用在基板—则史積的N型層闡述本發明原理。應該理解，同樣的原理也可以應用於在基板—賴積？型 29 201201403 層的發光二極體。例如，在圖仏犯中，層20 (20，）和22 (221 和222)可以是p型層，及層6〇可以是n型層。由㈣直錯位的量子井結構，電洞和電子得以橫向注人到量子井中。

參考圖W黃向載流子注入可以降低或避免與異質介面能帶非連續性有關的量子井中的熱生成。這將有利於發光二極體的内部量子效率（int鳴lqu崎mefficiency)。另外，根據本發明，橫向載流子注入意味著，多量子井中的所有量子井層或至少部分量子井層在電學上是並聯的。在現有發光二極體中，多量子井中的量子井在電學上都^聯的。並聯意味著㈣聯較小的電阻，而這是發光二極體所需要的。此外’如w丨所示，在以c平面氛化物 (C-plane nitride)為基礎的發光二極體中，量子障壁内的極化場在垂直方向’並且在載流子垂直注人量子㈣情況下，抵制載流子的注人。根據本發明’由於現在載流子*是逆著極化場注入，因此橫向載流子注入會大大降低熱生成。本發明中所用的多量子井可以發射單色光，也可以構型成發射多色光。為了發射多色光，多量子井的量子井可以具有不同帶隙能’也就是不同的組分。在現有發光二極體中，由於很難得到沿量子井生長方向上的非平衡電子/電洞的均勻分佈，@此實際上很難實現多色發光二極體。而本發明不Μ垂直注人而是在垂直注入之外利用錯置量子井構型來實現電子/電洞的橫向注人，因此可以實現在整個活動區的注人的載流子均勻分佈，從而實現製造多色發光二極體。—個多色發光二極體的例子就是—個可以發射被混合來形成高品質白光的紅、綠和藍光二極體。 201201403 本發明錯置活動區的設計可以用來製作大功率二極體所需的非常厚的活動區。在現有技術中，由於增高的正向電壓和光的自吸收，很難實現較厚的活動區，如井/障壁對（pair)超過2〇個的多里子井。根據本發明，錯置活動區一方面可以大大降低光在活動區中的自吸收，另一方面，允許載流子橫向注入活動區以得到載流子在整個活動區的均勻分佈。活動區越厚，活動區暴露的側壁區域越大，電流橫向注人的部分就越高。這使載流子在活動區的分佈就會越均勻，發光區就越大。本發明可以制2G個以上的井 /ί1早壁對，最好多於50對，例如多於1〇〇對。對於—個1〇〇對多量子井活動區設計’用來錯置凹陷和凸起的多量子井別和5〇2的刻蝕深度，如圖4Β中的4，最好要大於2微米。本發明可以允許帶有非常厚的障壁的量子井。在現有技術中，由於;主人的少數載流子擴散長度有限的原因，量子井㈣層的厚度限於刚奈米以下。根據本發明的__個方面，電子供應層和電洞供應層y以從橫向側與活動區接觸。這意味著：載流子可以直接注入到里子井中，不需要穿過量子障壁。因此，根據本發明， °、知用非^厚的障壁。根據本發明的單個量子障壁層的厚度可在5到1000奈米之間，例如1〇_卿奈米則⑼奈米或剛· 奈米。根據本發明’每—單個井層的厚度可以在卜5纟米之間。活動區的整個厚度可以在2⑻奈米到5_奈米之間例如彻奈米到刚〇奈米’或500奈米到_奈米。多量子井活動區可以包括謂對井層和障壁層，例如1(M㈣，或2㈣對。在—些例示中， 31 201201403 至少兩個井層發射不同波長的光，峰值波長差至少為ι〇奈米或至少20奈米，或至少50奈米。雖然本說明書的P付圖是從基板上的N型層開始，但是可以理解：本發明的原理也適用於從基板上的p型層開始。已用例示性實施例對本發明進行了描述。然而，可以理解，本發明的範圍並不局限在上述公開的實施例中。而是與其相反，儘量覆蓋各種變型或類似設置或等同物。因此，權利要求書的範圍應該是以最寬解釋以涵蓋所有此種變型或類似設置或【圖式簡單說明】圖1計算了在零偏壓下GaN / InGaN多量子井發光二極體的能帶結構；圖2A-圖2D為根據本發明的—個實施例的結構和製作程序流程圖； ’瓜圖3A-H 3C為根據本發明的—個實施例的結構和製作程序流程 • 圖；圖4A-圖4E為根據本發明的一個實施例的結構和製作程序流程圖；. 圖5A-圖5J為根據本發明的一個實施例的結構和製作程序流程圖6為一個二維刻蝕圖形方形網格的示意圖；圖7為—個二維刻蝕圖形方形圓圈點陣的示意圖；以及 32 201201403 圖8為一個二維刻蝕圖形象棋棋盤的示意圖。【主要元件符號說明】

10 基板 15 掩膜 152 掩膜 153 掩膜 20 N型層 20, 剩餘N型層 201 上表面 202 上表面 22 N型修復層 221 N型修復層 222 N型修復層 223 N型層 30 絕緣層 305 剩餘絕緣層 301 上表面 302 絕緣層 40 P型層 405 剩餘P型層 401 上表面 50 多量子井活動區 501 多量子井活動區 502 多量子井活動區 5001上表面 5002底表面 5003側壁 60 P型層 60， P型層 70 填充材料 a 邊長 ai 長度 a2 長度 d 寬度 d〗間距 d3 絕緣層厚度 33 201201403

Claims

201201403七、申凊專利範圍： 1. 一種發光元件，包括： —N型層， 3=： m ，和 2. 3. 4. 6. 7. 活動區’其中該以型層與該活動區在與該活動區垂直的主第接觸區相接觸，以將電子橫向注入到該活動區。上月求貝1所述的發光讀，其巾該p型層與該活動區在與該活動區垂直的_笛_ 、乐一接觸區相接觸，以將複數個電洞橫向注入到該活動區。月长員2所述的發光元件，其中該活動區的一總厚度在彻奈：到1000奈米之間的-範圍内。\“項2所相發光元件，其中該活動區由複數個井層和複數個障壁層構成，且包括㈣對（㈣井層和障壁層。依請求項4所述的發光几件，其中每一該障壁層的厚度在10 奈未到300奈米之間的—範圍内。依請求項4所述的發光 ^ . 牛，/、中至少兩個由該些井層發射不同波長間之峰值波長差至少為财米。二=物發光元件，還包括容放該N型層、射型::Γ—基板，其中該基板選自以下群組:氮化鎵、威貝石、矽、碳化矽、卜 —種發歧件，包括：、、减鋅 '玻璃和碎化鎵。一 Ν型層，一 Ρ型層，和一夹在該Ν型層和該ρ 支層之間垂直錯置的活動區 Son 35 201201403 =該活純包括魏健鮮元，每—縣體積單元 L * — 底表面和一側壁限定；相鄰該些體積單元垂由一上表面古 ......肢領平7L蛩直錯置，以使相鄰的該些體積單^的該些上表面不在一水平面或相_該些體積單元_些絲面不在-水平面1些體積單元的該些側壁被分成二組：一第一組側壁暴露於該: 型層以接㈣該N型層料注人賴數個f子，-第二组側二露於該P型層以接收從該p型層橫向注入的複數個電洞，母一該側壁暴露於至少一井層。依=項8所述的發光㈣，其中該些體積單㈣該些上表面只貝上分別地位於垂直隔開的二平面内。 1〇· =ί項8所述的發光元件，其中該些體積單元的該些上表 :貝上分別地位於垂直隔開的二個以上之平面内。同所述的發光元件，其中所有該些體積單元具有相 ^里的井層且實質上具有相同高度。舌貞8所述的發光元件，其中該些相鄰體積單元共用一 …疊部分’該垂直重疊部分包括至少一井層。 :=項8所述的發光元件’其中該Ν型層、該第一組側壁接觸表面積與該ρ型層、該第二組側壁之間的-接觸=面積的比在〇.5到2之間的範圍内。複數^ 8所述的發光^件，其中該活動區由複數個井層和複數個障壁層製成些量子障壁層。括2㈣對（_)該些量子井層和該戶在1(^14所柄發光元件，其巾每―該些量子障壁層的厚度在10奈米到300奈米之間的一範圍内。 E 9. 12. 13 14. 36 15. 201201403 16. 依請求項14所述的發光元件，其中至少二由該些井層發射不同波長的光，不同波長間之峰值波長差至少為1〇奈米。 17. —種發光元件，其包括：一 N型層， —P型層，和 -夾在該N型層和該P型層之_發光活動區，起，該N

其中該發光活動區包括複數個凸向該N型層的第一凸該些第一凸起的複數個側壁暴露於該N型層且能接收從型層橫向注入的複數個電子。 18. 19. 依請求項17所述的發光元件，1巾 Τ共T 1 2 3 4 5亥發先活動區還包括複數個凸向該？型層的第二凸起，該些第二凸起的該些側壁暴露於该Ρ型層域接收從該ρ型層橫向注人的複數個電洞。依请求項17所述的發光元件，i 1卞具中该發光活動區包括複數個井層和複數個障壁層，該此篦— 二弟凸起的該些側壁暴露於至少一井層。

20. 依晴求項17所述的發光元件的複數個凸起。其中該些第一凸起係彼此分開夹在该Ν型層和該ρ 個障壁層的發光活動區，型層之間具有複數個井層和複數 U>.：· 37 1 !·依請求項17所述的發光元件， 2 /、亥些苐一凸起包括彼此連 3 接以形成連續結構的複數個凸起。 4 22· —種發光元件，包括： 5 具有複數個第一凸起的Ν型層， —Ρ型層，和 201201403 '、中該活動區具有對應於該N型層的該些第-凸起的複數個第凹。母一該些第_凹陷容放一該些第—凸起，該些第-凹陷的複數個側壁暴露於至少—該些井層且能接收從 23. 該N型層的該些第-凸起横向注人的複數個電子。依請求項22所述的發光元件，其_該活動區具有複數個第二凹陷部，該P型層具有複數個第二凸起。每—該些第二凹陷容放—個該些第二凸起，該㈣二凹陷的複數個側壁暴露於至少-該些井層且能接收從該p型層的該些第二凸起橫向注入的複數個電洞。认依請求項22所述的發光元件，其中該些第一凹陷穿過整個該活動區’並且部分被_ p型材料和用以隔離該p型材料與該些第一凸起的一絕緣材料填充，該P型材料與該p型層連接。 A依請求項22所述的發光元件’其中該些第一凸起包括彼此分開的複數個凸起。蚯依請求項22所述的發光元件，其中該些第一凸起包括彼此連接以形成連續結構的複數個凸起。 7.依。月求項23所述的發光元件，其中該些第二凹陷穿過整個該活動區’並且部分被該絕緣材料填充用以隔離該些第二凸起與該N型層。依《月·^項27所述的發光元件，其中該些第一凹陷穿過整個該活動區’並且部分被另—絕緣材料填充用以隔離該些第—凸起與該P型層。 29. —種製作發光元件的方法，其包括：提供在一基板上澱積的一N型層； 38 201201403 圖案化δ亥N型層以形成複數個凹陷’該些凹陷限定一第一組表面和與該第一組表面垂直錯置的一第二組表面；在該N型層的一表面上澱積與該N型層的該表面共形的一活動區，使得該活動區的一第一部分形成於該第一組表面上而該活動區的一第二部分形成於該第二組表面上，其中該活動區的該第一部分與該活動區的該第二部分垂直錯置；和在該活動區上澱積與該活動區共形的的一 P型層。 30.依請求項29所述的製作一發光元件的方法，其中殿積該活動區的步驟包括交替地澱積複數個井層和複數個障壁層，與該 N型層接觸的該活動區的該第—部分的該些侧壁暴露於至少 »亥些井層，與该p型層接觸的該活動區的該第二部分的該些側壁暴露至少一個該些井層。 3L依請求項29所述的製作一發光元件的方法，其中在激積該活動區之刖’還在該N型層上殿積—心修復層，該n型修復層覆蓋該N型層的該第一組表面和該第二組表面。 32. 依請求項29所述的製作一發氺；丛發先το件的方法，其中在澱積該活動區之前，還在該N帮屏卜α 生層上焱積—絕緣層，該絕緣層覆蓋該 Ν型層的该第·一組表面和該第— 弟—組表面，但是不覆蓋連接該第一組表面的該些側壁和該第二組表面的該些側壁。 33. —種製作一發光元件的方法，其包括：提供在一基板上澱積的一Ν型層；在該Ν型層上形成一絕緣層；圖案化該絕緣層財掉該絕料的—暴露部分及該絕緣層的該暴露部分下的-部分Ν型層，得到—剩餘絕緣層的一 39 201201403 第一組表面和一剩餘N型層的與該第一組表面垂直錯置的— 第二組表面；澱積一活動區，使得該活動區的一第一部分形成於該第一組表面上而該活動區的一第二部分形成於該第二組表面去掉該活動區的該第一部分以暴露於該剩餘絕緣層；在該活動區上澱積一 P型層，以覆蓋該活動區的一上表面’其中该P型層的—部分用以填充被該活動區的上述所去掉的《•亥第-部分佔據的―空間，以形成複數個電洞注入塞；圖案化亚光靠P型層’以去掉部分該些電洞注入塞和其下的該剩餘絕緣層，直到露出該N型層，以形成複數個電子注入塞洞；和將另- N型層殿積入該些電子注入塞洞，以形成複數個電子注入塞；和在該些電子注入塞上殿積另_絕緣層，以將該些電子注入塞與該P型層絕緣。 34. 依請求項33所述的製作一發光元件的方法，其中所述殿積該活動區的步驟包括交替地殺積複數個井層和複數個障壁層，該些電洞注人塞與至少-該些井層_，該些電子注入^與至少一該些井層接觸。 35. 依請求項33所述的製作一發光元件的方法其中在殿積該活動區=前，還在該N型層上殿積—修復N型層，該修復N型層覆蓋該第一組表面和該第二組表面。 36. —種製作一發光元件的方法，其包括： 201201403 提供在一基板上澱積的一 P型層、_ 、’色緣層和一 N型岸· 圖案化和光刻該ί>型層和該絕緣曰， ν 1 g直到路出該Ν型層，以形成複數個包括該P型層的一剩餘 w蛛。卩分和該絕緣層的一餘部分的凸起； ~ 在該襯底上㈣帶有複數個井層和複數個障壁層的—活動區’使該些凸起穿過該活動區，並絲該p型層的該剩餘部分暴露於至少—該些井層。 37.依請求項36所述的製作一發光元件的方法，其中所述圖案化和光刻°亥P型層和該絕緣層的步驟係刻進該N型層-預定厚度。

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