发明内容
有鉴于此，本发明针对上述的困难，藉由在氮化镓系化合物半导体发
光元件的窗户层(Window layer，其作用为透光)材料中掺杂适量的硼，以降
低窗户层的折射系数，使之更为接近空气的折射系数，进而降低重吸收效
率来提升氮化镓系发光二极体的发光效率。
本发明的目的在于提供一种氮化镓系化合物半导体发光元件，藉由在
氮化镓系发光元件的窗户层掺杂适量的硼，以增加P型掺杂的活化比例，
降低窗户层的折射系数，使之更接近于空气，进而降低折射并达到提升发
光效率的效果，以此克服现有发光效率不佳的问题。
为达到上述的目的，本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件包括一
发光磊晶层，其材料为氮化镓系化合物，另有一窗户层形成在发光磊晶层
之上，此窗户层的材料由氮化镓系化合物组成且其中掺杂有硼，该硼的原
子组成比例低于该氮化镓系化合物的十分之三，以使窗户层的折射率低于
发光磊晶层的折射率。
根据本发明，上述窗户层自下而上包含一第一窗户层及一第二窗户层，
该二层窗户层的材料为BxAlyGazN，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，
x+y+z＝1，且第一窗户层及第二窗户层分别在低温及高温下形成，亦可分别
在高温下形成。
为达到上述的目的，本发明还提供了一种氮化镓系化合物半导体发光
元件的窗户层结构，此窗户层结构形成于数磊晶层之上，窗户层的材料由
氮化镓系化合物组成且其中掺杂有硼，该硼的原子组成比例低于该氮化镓
系化合物的十分之三，以使该窗户层的折射率低于该等磊晶层的折射率。
根据本发明，前述窗户层自下而上包含一第一窗户层及一第二窗户层，
该二窗户层的材料为BxAlyGazN，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，
x+y+z＝1，且第一窗户层及第二窗户层分别在低温及高温下形成，亦可分别
在不同高温下形成。
本发明提供的一种氮化镓系化合物半导体发光元件及其窗户层结构，
藉由在氮化镓系发光元件的窗户层掺杂适量的硼，以增加P型掺杂的活化
比例，降低窗户层的折射系数，使之更接近于空气，进而降低折射并达到
提升发光效率的效果，另外由于增加了窗户层的厚度，因而提高了发光元
件的发光效率，同时降低了裂缝产生的机率。
下面藉由具体实施例配合附图详加说明R，可更容易了解本发明的目的、
技术内容、特点及其所达成的功效。
具体实施方式
本发明藉由在氮化镓系化合物半导体发光元件的窗户层(该窗户层用以
透光)掺杂适量的硼，以降低窗户层的折射系数，使其更接近于空气的折射
系数，进而降低发光时的折射影响。
如图1所示，为本发明应用于氮化镓系化合物半导体发光元件的窗户层
和磊晶层结构示意图，该窗户层10形成于数磊晶层12之上，该等磊晶层12构
成一发光磊晶层，窗户层10及磊晶层12的材料均由氮化镓系化合物组成，且
窗户层10的材料组成中掺杂有硼(B)，以增加窗户层10的能隙(Band Gap)，
降低折射率，且增加窗户层10的P型掺杂活化比例，亦增加其导电度。
其中，氮化镓系化合物发光元件的基本结构是一PIN二极体结构，其包
含一P型中性层及一N型中性层，中间夹以一活性层；就垂直结构设计而言，
PIN二极体的结构主要可分为：同质接面结构(homo-junction，HOMO)、单异质
结构(single-heterostructure，SH)、双异质结构(double-heterostructure，DH)、单一
量子井结构(single-quantum well，SQW)及多重量子井结构(multiple-quantum
well，MQW)。本发明的窗户层10结构所应用的PIN二极体可不作限制，其中，
由于多重量子井结构利用活性层的调变可提高发光效率、缩短发光波长，因
此，以下将以具有多重量子井结构的氮化镓系化合物发光元件来详细说明本
发明的窗户层结构，及其应用于完整发光元件时该发光元件的结构及制程。
图2-7为本发明的氮化镓系化合物半导体发光元件制程中各步骤的磊晶
结构剖视图，请先参阅图7所示，为本发明的结构示意图，本发明的氮化镓系
化合物发光元件包括一基板14，在基板14上依序形成有一低温缓冲层16及一
高温缓冲层18，在高温缓冲层18上则依序形成有一多重量子井结构层20、一
P型氮化镓层22及一P型掺杂的窗户层10。
了解本发明的整体结构后，接着详细说明本发明的发光元件的各层结构
及简述其制作方法，请参阅图2-7所示。首先，如图2所示，提供一基板14，
此基板14的材料通常系由氧化铝(Al2O3)组成；接着，如图3，利用金属有
机化学气相沉积法(Metal-organ chemical vapor deposition，MOCVD)在基板14表
面上于低温下先磊晶(外延)生成一低温缓冲层16，其磊晶温度系在200℃至
800℃之间，优选为450℃至600℃，接着如图4所示，于相同制程中，在低温
缓冲层16上于高温下形成一高温缓冲层18，其磊晶温度在800℃至1100℃之
间，优选为1000℃左右，上述低温、高温缓冲层16、18的材料由氮化镓系化
合物组成，通常为GaN。此二缓冲层16、18的形成，是为了使后续的磊晶层
与基板14间具有较佳的晶格匹配程度(lattice match)。
其中，低温缓冲层16及高温缓冲层18因由不同氮化镓系化合物半导体材
料组成，其利用MOCVD法形成磊晶的前体通常选自甲基联胺(monomethyl
hydrazine，MMH)、三甲基镓(trimethyl gallium，TMG)、三甲基铝(trimethy
aluminum，TMA1)、三甲基铟(trimethy indium，TMIn)及NH3所组成的群组其中
之一，至于如何以MOCVD法将该前体进行反应，则为本领域技术人员所熟
知的，故于此不赘述。
在基板14上形成低温缓冲层16及高温缓冲层18之后，如图5所示，在高温
缓冲层18表面上磊晶形成一多重量子井结构层20，其包含一N型中性层、一
活化作用层及一P型中性层，利用活化作用层的活化来产生发光作用；在形
成多重量子井结构层20之后，接着如图6所示，在多重量子井结构层20上形成
一P型氮化镓层22，其材料由P型掺杂的氮化镓系化合物组成；参见图7所示，
在P型氮化镓层22表面上形成一P型掺杂的窗户层10，此窗户层10的材料由
氮化镓系化合物组成且其中包含掺杂有硼，以增加P型掺杂的活化比例。
窗户层10的结构自下而上包括第一窗户层101及第二窗户层102，所述第
一窗户层101和第二窗户层102的材料为BxAlyGazN，其中0≤x≤1，0≤y≤1，
0≤z≤1，x+y+z＝1。上述第一窗户层101及第二窗户层102的形成温度可分别
在低温及高温下形成，亦可分别在不同高温下形成。图8(a)-(c)为窗户层10的
不同结构实施例示意图，如图8(a)所示，窗户层10的结构可包含一低温形成
的BAlGaN层作为第一窗户层101，及一高温形成的BAlGaN层作为第二窗户
层102；亦可如8(b)所示，包含一低温形成的AlGaN层作为第一窗户层101及
一高温形成的BAlGaN层作为第二窗户层102；或如8(c)所示，包含一高温形
成的AlGaN层作为第一窗户层101及一高温形成的BAlGaN层作为第二窗户层
102。
其中，藉由在氮化镓系化合物发光元件的窗户层10中掺杂适量的硼，
通常低于氮化镓系化合物的原子组成比例十分之三，可增加窗户层10的能隙，
降低窗户层10的折射率，使窗户层10的折射率由常规的2.3降低为2.0，与常规
GaN的折射系数相比更接近空气的折射系数(约1.0)，藉以减少活化作用层
的光折射，达到增加发光效率的功效和目的。此外，上述适当硼的掺杂，更
可增加窗户层10P型掺杂的活化比例，亦增加其导电度。
另一方面，本发明利用使窗户层10的组成作适当调整，不仅提高发光元
件的发光效率，同时藉由窗户层厚度的增加可降低裂缝发生的机率，以有效
避免发光元件不利反应的发生。
以上描述了本发明的优选实施例，其目的在于使本领域技术人员能了
解本发明的内容并能予以实施，然其并非用以限定本发明，因此，本领域
技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进
和变化，仍包含在本发明的申请专利范围中。