CN100468790C - 具有不掺杂包层和多量子阱的ⅲ族氮化物led - Google Patents

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Abstract

本发明是一种能够在电磁谱的红色到紫外部分发光的发光二极管的半导体结构。此结构包括第一n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0≤x≤1而0≤y＜1，且(x+y)≤1；第二n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0≤x≤1而0≤y＜1，且(x+y)≤1，其中第二n型包层的进一步特征是基本上没有镁；第一与第二包层之间的有源部分，具有被对应的多个其中0≤x≤1且0≤y≤1的AlxInyGa1-x-yN势垒层分隔开的多个其中0＜x＜1的InxGa1-xN阱层的多量子阱形式；p型III族氮化物层，其中，第二n型包层被置于p型层与多量子阱之间；且其中，第一和第二n型包层具有各大于阱层带隙的各自的带隙。在优选实施方案中，III族氮化物超晶格支持着多量子阱。

Description

具有不掺杂包层和多量子阱的Ⅲ族氮化物LED
技术领域
本发明涉及到发光器件的半导体结构，确切地说是能够在红色和紫外电磁谱范围发光的内由III族氮化物形成的发光的发光二极管和激光二极管。
背景技术
光子半导体器件分为3类：将电能转换成光辐射的器件(例如发光二极管和激光二极管)；探测光信号的器件(例如光电探测器)；以及将光辐射转换成电能的器件(例如光伏器件和太阳能电池)。虽然所有3类器件都有应用，但发光二极管由于其在各种消费性产品中的应用和其它的应用而可能是最普遍被认可的。
此处称为LED的发光器件(例如发光二极管和激光二极管)，是将电功率转换成发射的光的光子p-n结半导体器件。LED可能最普遍地构成对于各种信号、指示器、仪表、以及用于许多消费性产品(例如音响系统、汽车、家用电子产品、以及计算机系统)的显示器的电磁谱可见光部光源。由于LED通常的长寿命、低功耗、以及高可靠性，故LED作为光输出器件是可取的。
尽管用途广阔，但由于给定LED能够产生的颜色受到用来制造LED的半导体材料的本性的限制，故LED在功能上有时受到限制。如本技术和相关技术一般熟练人员众所周知的那样，LED产生的光被称为“电致发光”，它表示光的产生是由于在外加电压下流过材料的电流。产生电致发光的任何特殊的组分倾向于在比较窄的波长范围内发光。
给定LED材料能够发射的光的波长(亦即其颜色)受到此材料的物理特性，具体地说是其带隙能量的限制。带隙能量是分隔半导体中较低能量的价带与较高能的导带的能量。能带是载流子(即电子或空穴)根据众所周知的量子力学原理所能够驻留的能态。“带隙”是导带与价带之间载流子禁用的能量范围(亦即，载流子不能存在于这些能态)。在某些情况下，当电子和空穴跨越带隙而复合时，它们会以光的形式发射能量。换言之，能够由给定半导体材料产生的电磁辐射的频率(亦即颜色)是材料带隙能量的函数。
在这方面，较窄的带隙产生能量较低，波长较长的光子。相反，带隙较宽的材料产生能量较高，波长较短的光子。在可见光谱中，蓝色光比大多数其它的颜色具有较短的波长，因而具有较高的频率。因此，必须从能量比产生绿色、黄色、橙色、或红色光的跃迁的能量更高的跃迁，来产生蓝色光。产生波长在可见光谱蓝色或紫外部分的光子，要求带隙比较大的半导体材料。
整个可见光谱从大约390nm的紫色到大约780nm的红色。可见光谱的蓝色部分依次可以被认为延伸在大约425nm和480nm的波长之间。大约425nm(接近紫色)和480(接近绿色)的波长依次分别表示大约2.9eV和大约2.6eV的能量跃迁。因此，仅仅具有至少约为2.6eV的带隙的材料才能够产生蓝色光。
除了颜色之外，波长较短的器件还提供了许多优点。特别是当用于诸如CD-RON光盘之类的光存储器和存储器件时，较短的波长使这些存储器件能够保持明显地更多的信息。例如，用蓝色光储存信息的光器件，在相同的空间内能够保持比用红色光明显地更多的信息。
发光二极管工作的基本机制在本技术领域是众所周知的，例如，Sze所著的《半导体器件物理》第二版(1981)第681-703页就描述了此机制。
本专利申请的共同受让人是在这方面成功地开发了在蓝色光谱发光并可大量商业获得的商业LED的第一人。这些LED被制作在宽带隙半导体材料碳化硅中。在授予Edmand的题目同为“制作在碳化硅中的蓝色发光二极管”的美国专利No.4918497和5027168中，描述了这种蓝色LED。在共同受让的美国专利No.5523589、5592501、以及5739554中，描述了III族氮化物LED结构和激光器结构的其它例子。
除了碳化硅之外，蓝色发光器件的侯选材料有氮化镓(GaN)及其有关III族(亦即周期表的III族)氮化物化合物，例如铝镓氮(AlGaN)、铟镓氮(InGaN)、以及铝铟镓氮(AlInGaN)。这些材料由于在室温下提供了带隙约为1.9-6.2eV的直接能量跃迁而特别具有吸引力。更普通的半导体材料，例如硅、磷化镓、或砷化镓，由于其带隙约为2.26eV或以下而不适合于产生蓝色光，且在硅的情况下是间接半导体和效率不高的发光体。
如熟悉LED和电子跃迁的人员所知，当价带最大值和导带最小值具有相同的动量态时，在半导体中就发生直接跃迁。这意味着在电子与空穴复合过程中，晶体动量容易守恒，致使跃迁产生的能量能够占优势地和有效地转换成光子(亦即产生光而不是产生热)。当导带最小值与价带最大值不具有相同的动量态时，为了晶体动量守恒而需要声子(亦即振动能的量子)，此跃迁被称为“间接”。第三粒子声子的必要性使得间接辐射跃迁不太可能，从而降低了器件的发光效率。
一般说来，制作在直接带隙材料中的LED比制作在间接带隙材料中的LED的工作效率更高。因此，III族氮化物的直接跃迁特性提供了比诸如碳化硅之类的间接材料的发光更明亮和更有效的发光因而也是更明亮和更有效的LED的潜力。因此，在最近10年中，更多的兴趣已经集中到了在氮化镓及其有关III族氮化物中制作发光二极管。
虽然III族氮化物在宽带隙能量范围内提供了直接跃迁，但此材料存在一系列特殊的制造技术问题。特别是尚未出现用来生产能够用作其上要制作光子器件的氮化镓外延层的适当衬底的体单晶氮化镓(GaN)的商业技术。
所有半导体器件都要求某种结构衬底。典型地说，由相同于有源区的材料组成的衬底提供了显著的优点，特别是在晶体生长和晶格匹配方面。由于难以制作氮化镓的体晶体，特别是在商业上可用于半导体器件制造的尺寸方面，故氮化镓光子器件典型地被制作成非GaN衬底上的外延层。
III族氮化物衬底领域中新近的工作包括在案共同受让的美国专利No.6296956“Growth of Bulk Single Crystals of AluminiumNitride”、6066205“Groeth of Bulk Single Crystals of AluminiumNitride from a Melt”、6045612“Growth of Bulk Single Crystals ofAluminium Nitride”、6048813“Growth of Bulk Single Crystals ofAluminium Nitride：Silicon Carbide Alloys”、以及1998年9月16日提交的在案申请No.09/154363“Vertical Geometry InGaN LED”。
但采用不同的衬底引起了一系列主要在晶体晶格匹配方面的额外问题。几乎在所有情况下，不同材料具有不同的晶格参数。结果，当氮化镓外延层被生长在不同的衬底上时，将出现某种晶体晶格失配和热膨胀系数失配。得到的外延层被称为被这种失配“应变”。晶体晶格失配及其产生的应变，引入了晶体缺陷的潜在危险。这又影响到晶体和结的电子特性，从而使光子器件的性能容易退化。在大功率结构中，这种缺陷甚至更成问题。
在早期的III族氮化物LED中，氮化镓器件的最普通衬底是蓝宝石(亦即氧化铝Al2O3)。某些当代III族氮化物器件仍然使用蓝宝石。
蓝宝石在可见光和紫外范围内是光学透明的，但与氮化镓具有大约16％的晶体晶格失配。而且，蓝宝石是绝缘的，而不是导电的，且不适合于导电掺杂。因此，必须通过LED以便产生光发射的电流无法直接通过蓝宝石衬底，于是必须形成到LED的其它类型的连接。
通常，具有垂直几何形状的LED采用导电衬底，以便各欧姆接触能够被置于器件的相反端。有大量理由偏好于这种垂直LED，包括其比较容易制造以及组合到最终应用器件比非垂直器件更简单。但在不存在导电衬底的情况下，无法制作垂直器件。
与蓝宝石对比，氮化镓仅仅与氮化铝(AlN)有大约2.4％的晶格失配，与碳化硅仅仅有大约3.5％的失配。碳化硅与氮化铝的失配稍微更小仅仅约为1％。
III族三元氮化物和四元氮化物(例如铟镓氮和铝铟镓氮)也已经显现具有比较宽的带隙。因此，这种III族氮化物的固溶体也提供蓝色和紫外半导体激光器和LED的潜力。但这些化合物存在相同于氮化镓的问题，亦即缺乏等同的单晶衬底。于是，各被典型地用于生长在不同衬底上的外延层。这存在着晶体缺陷和相关电子学问题的同样潜在问题。
发明内容
因此，本发明的受让人已经开发了用于氮化镓和其它III族器件的碳化硅衬底作为解决蓝宝石为衬底的电导率问题的一种方法。由于碳化硅能够进行电导掺杂，故能够形成垂直LED。如所指出，垂直结构便于LED的制造和将它们组合到电路和最终使用的装置中。
如熟悉III族氮化物的人员所知，III族氮化物的性质依赖于存在的III族元素(例如镓、铝、铟)的同一性和克分子份数。例如，增大铝的克分子份数倾向于增大带隙，而减小铝量倾向于增大折射率。同样较大的铟比例将减小材料的带隙，从而允许调节带隙即“调谐”，以便产生所希望频率的光子。改变溶体中的克分子比例，也改变了晶体的晶格间距。因此，尽管在这方面作了许多努力，对于组合垂直几何形状且利用当在III族氮化物光子器件的有源层、包层、以及缓冲层中按所需调节铟、铝、镓的比例时引起的有利于特性的器件，仍然存在着需求。
本发明的另一目的是提供具有降低了的非辐射复合和改进了的效率的发光器件。
因此，本发明的目的是以利用其有利性质的方式从III族氮化物生产发光二极管和激光二极管。
利用能够在电磁谱的红色到紫外部分发光的发光二极管的半导体结构，本发明满足了这一目的。此结构包含第一n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1；第二n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1，其中第二n型包层的进一步特征是基本上没有镁；第一与第二包层之间的有源部分，其形式为具有多个InxGa1-xN阱层的多量子阱，其中0<x<1，多个阱层被对应的多个势垒层AlxInyGa1-x-yN分隔开，其中0<x<1而0<y<1；以及p型III族氮化物层，其中，第二n型包层被置于p型层与多量子阱之间；且其中，第一和第二n型包层具有各大于阱层带隙的各自的带隙。
在另一情况下，本发明是一种半导体结构，它包含选自3C、4H、6H、15R的多型的n型单晶碳化硅衬底；由选自氮化镓、氮化铟、0<x<1的InxGa1-xN的至少一种III族氮化物组成的p型层；衬底与p型层之间的有源部分，具有被对应的多个其中0<x<1而0<y<1的AlxInyGa1-x-yN势垒层分隔开的多个其中0<x<1的InxGa1-xN阱层的多量子阱形式；第一n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0<x<1而0<y<1，且(x+y)<1，其中，第一n型包层被置于碳化硅衬底与多量子阱之间；第二n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0<x<1而0<y<1，且(x+y)<1，其中第二n型包层被置于多量子阱与p型层之间；且其中，第一和第二n型包层具有各大于多量子阱中各个阱的带隙的各自的带隙。
在又一情况下，本发明是一种半导体结构，它包含具有被对应的多个其中0<x<1而0<y<1的AlxInyGa1-x-yN势垒层分隔开的多个其中0<x<1的InxGa1-xN阱层的多量子阱形式的有源部分；支持多量子阱的III族氮化物超晶格；邻近多量子阱并相对于多量子阱面对超晶格且特征是基本上没有镁的AlxInyGa1-x-yN层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1；邻近AlInGaN层且相对于AlInGaN层面对多量子阱的第一p型III族氮化物层；以及支持超晶格且相对于超晶格面对多量子阱的n型III族氮化物层。
在下列详细描述及其附图中，本发明的上述和其它的目的与优点以及实现这些目的与优点的方法，被进一步具体化了。
附图说明
图1是根据本发明的发光器件的半导体结构的示意剖面图；
图2是铝、铟、镓的III族氮化物合金的带隙能量对晶格参数的曲线(假设线性内插)；
图3是半导体结构实施方案的示意剖面图；
图4是半导体结构实施方案的示意剖面图；
图5是半导体结构实施方案的示意剖面图；
图6是半导体结构实施方案的示意剖面图；
图7是半导体结构实施方案的示意剖面图；
图8和9是对应于某些现有技术器件的带隙图；
图10-12是根据本发明的器件的带隙图；
图13是本发明另一实施方案的示意剖面图；而
图14是本发明的超晶格部分的剖面图。
具体实施方式
本发明是能够在电磁谱的红色到紫外部分发光的发光器件的一种半导体结构。在第一实施方案中，此结构包括位于第一n型III族氮化物包层与第二n型III族氮化物包层之间的III族氮化物有源部分。此有源部分最好包括稍后进一步描述的有源层和量子阱或多量子阱。第二n型包层的特征是基本上没有镁(亦即，镁可以存在，但其量小到对半导体器件没有功能影响)。半导体结构本身的进一步特征是位于半导体结构中的p型III族氮化物层致使第二n型包层处于p型层与有源层之间。此外，有源层的带隙小于第一和第二n型包层的各自带隙。如此处所使用的那样，术语“层”通常指的是单晶外延层。
特定的导电类型(亦即n型或p型)可能是无意的，而更普遍地是用适当的施主或受主原子对III族氮化物进行具体掺杂的结果。为了在器件中形成p-n结，希望包括导电类型相反的层。在正向电压偏置下，注入的少数载流子跨越p-n结复合产生所希望的光发射。III族氮化物的适当掺杂在本技术领域是众所周知的，除了描述本发明所必须的之外，此处不再赘述。
通常，有源部分和包层包含III族氮化物化合物。这些化合物中的III族元素可以是铝、铟、镓、或二者或多种这种元素的组合。
如本技术领域一般熟练人员可以理解的那样，铝、铟、镓在有源层、第一n型包层、以及第二n包层中的克分子份数，通常可以用公式AlxInyGa1-x-yN来表示，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1。在这方面，铝、铟、镓的相对浓度可以逐层变化。但本技术领域的熟练人员可以理解的是，由于InN的带隙在所有可能组合中是最小的，故包层不能够是氮化铟(亦即y＝1)，且由于AlN的带隙在所有可能组合中是最大的，故有源层不能够是氮化铝(亦即x＝1)。在这些实施方案中可以理解的是，包层的能带隙大于有源层的能带隙。
参照图1可以理解本发明，图1是根据本发明的LED的半导体结构的示意剖面图。通常表示为10的半导体结构包括AlxInyGa1-x-yN的第一n型包层11，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1。
此半导体结构10还包括AlxInyGa1-x-yN的第二n型包层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1，或在一个更具体的实施方案中是公式为AlxGa1-xN的无铟的铝镓氮n型包层，其中0<x<1。在这方面，变量x的范围不包括0和1，本技术领域的熟练人员可以将此理解为要求存在铝和镓二者(亦即铝和镓的合金)。如所指出的那样，第二n型包层12明确地不包括镁，并可以被掺杂或不被掺杂。这些包层可以是非有意的n型，亦即不掺杂。
公式为AlxInyGa1-x-yN的n型有源层13，其中0≤x<1而0≤y≤1，且(x+y)≤1，被置于第一n型包层与第二n型包层12之间。在一个更具体的实施方案中，有源层13是无铝的，主要由公式为InyGa1-yN的铟镓氮组成，其中0<y<1。在这方面，变量y的范围不包括0和1，本技术领域的熟练人员可以将此理解为要求存在铟和镓二者(亦即铟和镓的合金)。
此半导体结构的进一步特征是p型III族氮化物层18，如上所述，层18被置于半导体结构中，使第二n型包层12位于p型层18与有源层13之间。在优选实施方案中，此p型层由氮化镓(最好是掺镁的氮化镓)；氮化铟；或公式为0<x<1的InxGa1-xN组成。
注意，在p型层18由掺镁的氮化镓组成的实施方案中，第二n型包层12应该足够厚，以便阻挡镁从p型层18迁移到有源层13，还要足够薄，以便于电子和空穴在有源层13中复合。这有助于尽可能增大从有源层13的发射。而且，由于p-n结不被形成在InGaN层与AlGaN层之间的界面处，亦即避免了InGaN/AlGaN p-n结，故界面应该具有降低了的界面态密度。界面态的这种降低应该导致载流子在有源层中更有效的复合，总的器件效率得到相应的提高。
在另一实施方案中，p型层包含由选择性地掺杂的p型III族氮化物层组成的p型超晶格，这些III族氮化物选自氮化镓；氮化铟；以及公式为0<x<1的InxGa1-xN。确切地说，此超晶格最好由这些III族氮化物层中的任何二个的交替层组成。在这种超晶格中，氮化镓与铟镓氮的交替层最优选。
有源层13可以被掺杂或不被掺杂。如熟悉III族氮化物性质的人员所知，不掺杂的材料通常是非有意的n型，这正是第二n型包层12的情况。确切地说，第一n型包层11和第二n型包层12具有各大于有源层13的带隙的各自带隙。
III族克分子份数能够被选择来提供这些特性。例如，图2理论上描述了带隙能量对晶格参数的关系。图2的三角形区域表示铝、铟、镓的III族氮化物可得到的带隙能量范围。图2表明，对于任何特殊的晶格参数，消除镓就使带隙能量最大化(亦即，铝铟氮的带隙由AlN-InN区段确定)。
如熟悉半导体结构，特别是激光器结构的人员所知，有源层的带隙必须小于相邻n型包层的带隙以及其折射率大于相邻包层的折射率。这种结构提供了对激光器能力来说重要的二个好处。第一，若有源层具有最小的带隙，则可能形成载流子容易落入其中的量子阱。这有助于增强器件效率。第二，波导出现在结构中折射率最大的材料中。因此，当有源层的带隙小于相邻层的带隙且其折射率大于相邻层的折射率时，器件的激射能力就被增强。
而且，如本技术领域一般熟练人员所知，三元和四元III族氮化物的组份能够影响其折射率和带隙。一般地说，较大的铝比例增大带隙且减小折射率。于是，在优选实施方案中，为了使包层11和12的带隙大于有源层13的带隙和其折射率小于有源层13的折射率，包层11和12最好具有比有源层13更大的铝或镓份数。包层11和12较大的带隙促使载流子被限制在有源层13内，从而提高器件的效率。同样，异质结构层11和12较小的折射率促使光更择优地沿(亦即限制到)有源层13被引导。
如上所述，所述的变量(例如x、y)指的是其所述的结构层。亦即，一个层的变量数值对于另一个层的变量数值是不重要的。例如，在描述半导体结构时，变量x对第一n型包层11可以有一个数值，对于第二n型包层12可以有另一个数值，对于有源层13可以有又一个数值。如本技术领域一般熟练人员还可以理解的那样，公式AlxInyGa1-x-yN中的限制0≤(x+y)≤1简单地要求III族元素与氮化物以1:1的克分子比存在。
在一些优选实施方案中，有源层13包含铟的克分子份数约为0.05-0.55的InGaN层。参照图1和3，包层12最好是铝的克分子份数约为0.14-0.24的AlxGa1-xN层，而包层11最好是铝的克分子份数约为0-0.15的AlxGa1-xN层。参照图3，p型层19最好是铝的克分子份数约为0-0.15的AlxGa1-xN层。
本技术领域一般熟练人员可以理解的是，如此处所使用的那样，一个层在其它二个层“之间”的概念并不一定意味着此3个层是连接(亦即紧密接触)的。而是如此处所使用的那样，一个层在其它二个层之间的概念意味着描述半导体结构内各层的相对位置。同样，如此处所使用的那样，同第二层接触的第一层与第三层“面对”的概念，仅仅描述半导体结构内第一层与第二层的相对位置。
亦即，在半导体结构的优选实施方案中，有源层13具有连接到第一n型包层11的第一表面14和连接到第二n型包层12的第二第一表面15。换言之，在这些实施方案中，有源层13被直接夹在第一n型包层11与第二n型包层12之间，没有其它的层干扰此3层同性异质结构(亦即其中所有的材料都具有相同的导电类型的一种异质结构)，由括号16表示。在另一优选实施方案中，p型层18与所述第二n型包层12接触，与所述有源层13面对。
结构名称“异质结构”以本技术领域众所周知的方式被使用。例如在Sze所著的《半导体器件物理》第二版(1981)第708-710页中讨论了这些结构的情况。虽然所述Sze的论述指的是激光器，但还是说明了同质结构、单异质结构、以及双异质结构器件的本性以及它们之间的区别。Hartman等人在美国专利No.4313125中讨论了同性异质结构。
半导体器件也可以包括额外的AlxInyGa1-x-yN的n型层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1。在图3所述的一个实施方案中，第三n型层19被置于第二n型包层12与p型层18之间。第三n型层19最好具有与p型层18接触的第一表面和与第二n型包层12接触的第二表面。
第三n型层19与p型层18晶格匹配。第三n型层9最好与p型层18形成p-n同质结。利用p-n同质结，就减少了结处界面态的数目。由于这种界面态可能导致非辐射复合，故界面态数目的减少改善了复合效率，从而改善总的器件效率。
半导体器件10还可以包含导电类型与第一n型包层11相同的碳化硅衬底17(亦即n型碳化硅衬底)。此碳化硅衬底17最好具有多型3C、4H、6H、或15R。第一n型包层11被置于碳化硅衬底17与有源层13之间。在本发明的一个实施方案中，碳化硅衬底17与第一n型包层11接触，与有源层13面对(亦即在碳化硅衬底17与第一n型包层11之间不存在插入层)。
碳化硅衬底17最好是单晶。如本技术领域一般熟练人员众所周知的那样，高质量的单晶衬底提供了许多结构优点，这又提供了重要的性能和寿命优点。用美国专利No.4866005(现在是美国专利No.RE34861)中所述的方法，能够制作碳化硅衬底17。碳化硅衬底17和第一包层11最好是n型。
在图4所示的优选实施方案中，第一n型包层11具有与碳化硅衬底17接触的第一表面21和与有源层13接触的第二表面22。确切地说，第一n型包层11的组分被逐渐改变，使其第一表面21处的晶格更接近匹配碳化硅17的晶格，且其第二表面22处的晶格更接近匹配有源层13的晶格。在第一n型包层11中应该有足够克分子份数的铟，以便确保其在其邻近碳化硅衬底17的第一表面21处导电。
如本技术领域一般熟练人员可以理解的那样，逐渐改变包括台阶式渐变和线性渐变。因此，如此处使用的那样，更接近匹配各个晶格的概念并不意味着完全匹配，而是其组分已经逐步渐变致使其层界面处的晶格与相邻层的晶格更兼容的层。在制造器件时，必须平衡许多考虑，考虑之一是晶格匹配。若其它因素更重要，则完全或接近晶格匹配就可以更不重要，反之亦然。
在这方面，n型包层，特别是铝铟氮n型包层，可以选择性地与含镓的有源层，特别是与氮化镓和铟镓氮有源层匹配，以便减少应变和缺陷。铝铟氮由于能够与带隙较小的III族氮化物晶格匹配而特别有用，因而被用作包层材料，见图2。晶格匹配的好处还能够应用于此处包括有源部分的多量子阱和一个或多个超晶格结构的结构。
如本技术领域一般熟练人员可以理解的那样，包层与有源层的晶格匹配可以是一侧晶格匹配(亦即晶格匹配出现在有源层的一侧上)或二侧晶格匹配(亦即，晶格匹配出现在有源层的二侧上)。
在图5所示的另一实施方案中，半导体结构还包括位于碳化硅衬底17与第一n型包层11之间的导电缓冲层23。在此实施方案的一个变种中，导电缓冲层23被夹在碳化硅衬底17与第一n型包层1之间，没有插入层。此导电缓冲层23最好主要由公式为AlxGa1-xN的铝镓氮组成，其中0<x<1。或者，当第一n型包层11主要由公式为AlxIn1-xN的铝铟氮组成时，其中0<x<1，导电缓冲层23最好主要由公式为AlxIn1-xN的铝铟氮组成，其中0<x<1。其它可以接受的缓冲层和缓冲层结构包括共同受让的美国专利No.5523589；5393993；以及5592501所述的那些。
为了便于第一n型包层11与导电缓冲层23之间的过渡，半导体结构还可以包括III族氮化物过渡层24，最好由位于导电缓冲层23与第一n型包层11之间的氮化镓组成，见图6。过渡层24的导电类型与第一n型包层1l相同(亦即n型过渡层)。
或者，如图7所示，导电缓冲层23和过渡层24能够被题为“GroupIII Nitride Photonic Devices on Silicon Carbide Substrates withConductive Buffer Interlayer Structure”的共同受让的美国专利No.6201262中更充分地所述的分立晶体部分28代替。
在另一实施方案中，半导体结构10还包括第一欧姆接触25和第二欧姆接触26。如图1所示，第一欧姆接触25被置于半导体结构中，使碳化硅衬底17位于第一欧姆接触25与第一n型包层11之间。第二欧姆接触26被置于半导体结构中，使p型层18位于第二欧姆接触26与第二n型包层12之间。
第一欧姆接触25最好直接被置于碳化硅衬底17上，与第一n型包层11面对(或与导电缓冲层23或分立晶体部分28面对，依赖于特定的结构实施方案)，且第二欧姆接触26最好直接被置于p型层18上，与第二n型包层12面对。在此实施方案的一个变种中，p型层18被夹在第二欧姆接触26与第二p型层(未示出)之间。
如本技术领域一般熟练人员所知，导电缓冲层23提供了碳化硅衬底17与第一n型包层11之间的物理和电子学过渡。在许多情况下，导电缓冲层23的存在有助于释放可能由碳化硅衬底17与第一n型包层11之间的晶格差异引起的物理应变。而且，为了保持器件的垂直功能，导电缓冲层23必须充分导电，以便承载半导体器件10工作所希望或所要求的电流。同样，过渡层24用作相似的物理和电子学过渡。
完成了本发明有利的的垂直结构的欧姆接触25和26，最好由诸如铝(Al)、镍(Ni)、钛(Ti)、金(Au)、铂(Pt)、钒(V)、它们的合金或混合物、或这些金属中的二种或多种的叠层组成，但也可以由本技术领域熟练人员所知的其它欧姆接触材料组成，只要这些欧姆接触材料表现欧姆特性且不干扰发光器件10的结构或功能即可。
在第一欧姆接触25被形成到碳化硅衬底17方面，本发明不同于采用蓝宝石的器件。蓝宝石不能够导电，故无法连接到欧姆接触。因此，以蓝宝石为基础的器件无法被制作成LED最优选的垂直结构类型。
因此，在一个优选实施方案中，本发明是一种发光器件的半导体结构，它包括：3C、4H、6H、或15R多型的n型单晶碳化硅衬底17；由选自氮化镓(最好是掺镁的氮化镓)、氮化铟、公式为0<x<1的InxGa1-xN的铟镓氮的至少一种III族氮化物组成的p型层18；不掺杂的AlxInyGa1-x-yN有源层，其中0≤x<1而0≤y≤1，且(x+y)≤1；第一n型AlxInyGa1-x-yN包层11，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1；以及第二n型AlxInyGa1-x-yN包层12，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1。p型层18最好包含由上述III族氮化物中任何二种的交替层组成的超晶格。
如上所述，第一n型包层11和第二n型包层12具有各大于有源层13的带隙的各自带隙。而且，第一n型包层11被置于碳化硅衬底17与有源层13之间，第二n型包层12被置于有源层13与p型层18之间，且有源层13被置于第一n型包层11与第二n型包层12之间。
第一n型包层11的组分可以被逐渐改变，使其第一表面21处的晶格更接近匹配碳化硅17的晶格，且其第二表面22处的晶格更接近匹配有源层13的晶格。同样，第二n型包层12的组分可以被逐渐改变，使其第二表面处的晶格更接近匹配p型层18的晶格。如上所述，跨越外延层的逐渐改变包括台阶式渐变和连续渐变(亦即没有台阶)。使n型包层12基本上与p型层18晶格匹配，就减少了形成在各个层之间的p-n结处的界面态目。由于这种界面态可能导致非辐射复合，故界面态数目的减少改善了复合效率，从而改善有源层13中总的器件效率。
而且，根据上面所述，此优选结构还可以包括一个或多个下列层：第三n型包层19、导电缓冲层23、III族氮化物过渡层24、分立的晶体部分28、以及欧姆接触25和26。在这方面，导电缓冲层23最好是公式为AlxGa1-xN的铝镓氮，其中0≤x≤1。
图8、9、10、11、12是包括本发明各个实施方案的各种结构的带隙图。所有带隙图8-12都表示正向偏置(亦即“平带”条件)下的带隙。熟练人员可以理解的是，带隙图8-12是示意性的而不必按比例绘制。虽然这些带隙图示出了本发明的一些重要情况，但可以理解的是，实际的能带结构可以稍许改变。在图8-12中，只要有可能，相同的参考号就表示图中相同的部分。
此外，可以理解的是，虽然图8-12示出了单个有源层，但当有源层是稍后要更详细地描述的多量子阱时，所示的关系同样适用。
图8是现有技术器件的带隙图，示出了n型氮化镓包层30、铟镓氮有源层31、以及p型铝镓氮层32。在此器件中，用33处的虚线来表示p-n结。
就器件的物理结构和各层之间的界面质量而论，相同材料之间的界面最容易被制作成高的质量。在各种III族氮化物中，氮化镓与氮化镓之间的界面最容易被制作成高质量，而氮化镓与铝镓氮之间的界面更困难，但比大多数其它的氮化物更容易。倒数第二最差的是氮化镓与铟镓氮之间的界面，而最差的界面质量典型地出现在铟镓氮与铝镓氮之间。
而且，我们记得，铟镓氮的分解温度大大低于其它的III族氮化物。因此，一旦包括作为有源部分的多量子阱的InGaN有源层已经被生长，其余各层的生长温度就必须被限制到避免铟镓氮层不希望有的分解或退化的温度。或者说，若InGaN有源层或多量子阱不存在，则可以在高于更有利于AlGaN和GaN的更高质量外延层的温度下(所有其它的因素相同)来生长这些材料。
结果，在保护铟镓氮层所要求的较低温度下来生长铝镓氮层，得到的铝镓氮层的质量比如果这些层在较高温度下生长的质量差一些。
因此，虽然一般认为AlGaN-AlGaN界面形成良好的同质结，但在保护本发明所需的铟镓氮有源层所要求的较低生长温度下，铝镓氮层的质量是很差的，而p型铝镓氮层特别差。结果，对于组合铟镓氮有源层的器件，p型铝镓氮与n型铝镓氮之间的界面和结的质量通常是很差的。于是，本发明避免这种结就不是凭空想象的，并产生了意外更好的器件。换言之，组合了图8结构的现有技术的器件要求的III族氮化物之间的界面难以形成为具有高的质量。
图9示出了共同受让的美国专利No.6459100所述的器件。如在图8中，30表示n型氮化镓层，31表示铟镓氮有源层，33表示p-n结，而32表示p型铝镓氮。但图9所示的器件还包括额外的n型氮化镓包层34，它提供与铟镓氮有源层31稍许更好的界面；亦即，相邻的GaN-InGaN层倾向于提供比相邻的AlGaN-InGaN层更高质量的界面机会。图9还示出了第二氮化镓层34与p型铝镓氮层32之间的n型铝镓氮层35。最后，图9包括作为顶部接触层的额外的p型氮化镓层36。此器件提供了p-n结33被形成在相邻铝镓氮层之间的优点，且GaN层34同样提供比图8的AlGaN层32稍许更好的与铟镓氮有源层31的界面。
图10示出了图1所示本发明实施方案的带隙关系，其中，n型氮化镓层30(图1中的11)仍然是铟镓氮有源层31(图1中的13)的包层。面对的包层36由n型铝镓氮组成，并以p型氮化镓层36完成器件，于是确定n型AlGaN层35与p型氮化镓层36之间的p-n结33。这提供了p-n结在n型铝镓氮35与p型氮化镓36之间界面处的优点。如上所述，与GaN-GaN结不同，AlGaN-GaN结是最容易以成功器件所要求的质量制作的结。
图11示出了本发明的另一实施方案，其中，第一包层是n型氮化镓层30，有源层是铟镓氮31，而第二包层是n型铝镓氮35。但此实施方案包括邻近n型铝镓氮层35的额外的n型氮化镓37。结果，p-n结被形成在n型氮化镓37与p型氮化镓36之间，给出了从结构观点看提供最高质量的GaN-GaN界面。
图12示出了另一优选实施方案，其中，n型氮化镓层30仍然形成铟镓氮有源层31的一个包层。同样，如图10和11那样，顶部接触层是p型氮化镓层36。图12包括部分40作为包层和过渡层，其组分在与InGaN有源层31的界面处的n型铝镓氮和与p型氮化镓层36的界面处的基本上整个n型氮化镓之间逐渐变化。结果，p-n结33再次被形成为渐变层40的n-GaN部分与p-GaN层36之间的同质结。
有源层与p-n结之间各层的厚度影响着器件的功能。太薄的层无法提供适当的限制，而太厚的层使得在厚层中而不是所希望的那样在有源层中发生太多的复合。因此，就图1所示的实施方案而论，包层12的厚度应该约为30-70埃。就图3所示的实施方案而论，包层12的厚度应该约为20-50埃，且层19应该约为30-50埃。层12和19的总厚度最好应该不大于大约100埃。就器件的效率而论，一个目标是尽量减小非辐射复合电流(Jnr)，同时尽量增大辐射复合电流(Jr)。在这方面，图8所示的结构具有最大的(亦即最不希望的)非辐射复合电流。图9器件的非辐射复合电流稍许小于图8的，但仍然大于图10、11、或12的更有利的较低非辐射复合电流。
图13和14更详细地示出了本发明的一个实施方案，其中，有源部分是多量子阱(“MQW”)，且组合了超晶格作为器件结构的一部分。通常，超晶格(二种厚度各为几个nm的不同的半导体材料的交替层)能够促使和支持良好的晶体生长和器件各层中更好的过渡。与体膜相比，超晶格能够在III族氮化物光子器件的包层中提供应变释放(例如厚的AlGaN包层倾向于破裂)，还能够提高载流子浓度。多量子阱(其中电子势能小于层外面的半导体薄层)借助于逐渐收集载流子而提高了器件的效率。典型地借助于控制III族元素的克分子份数、掺杂剂浓度、以及阱和势垒层的厚度，多量子阱结构还提供了调节光子器件的输出(波长和频率)的另一种方法。
在图13和14中，LED结构45包含衬底50，最好是4H或6H的n型碳化硅。衬底50还可以包含蓝宝石、体氮化镓、或其它适当的衬底。
图13所示的实施方案包括层状半导体结构，它包含生长在衬底50上的以氮化镓为基础的半导体层。亦即，所示的实施方案包括下列各层：导电缓冲层51、第一掺硅的GaN层52、第二掺硅的GaN层54、包含掺硅的GaN和/或InGaN的交替层的超晶格结构56、包含多量子阱结构的有源层60、不掺杂的GaN或AlGaN层62、p型杂质掺杂的AlGaN层64、以及也掺有p型杂质的GaN接触层66。此结构还包括形成在n型衬底50上的欧姆接触70和形成在p型接触层66上的欧姆接触72。
缓冲层51最好是n型AlGaN。在受让给本发明受让人的题为“Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode”的共同受让的美国专利5393993、5523589、6459100中，提供了碳化硅与III族氮化物材料之间的缓冲层的例子。第一GaN层52的厚度优选约为500-3000nm，最优选约为1500nm。GaN层52用硅掺杂成大约每立方厘米1-2×1018水平。第二GaN层54的厚度优选约为10-50埃，最优选约为80埃。GaN层54用硅掺杂成低于大约每立方厘米1×1019水平。
超晶格结构56包含InxGa1-xN和InyGa1-yN的交替层，其中x为0-1，且x不等于y。优选为x＝0(亦即这些层不存在铟)，且各个InGaN交替层的厚度优选约为8-12埃，而各个GaN交替层的厚度优选约为15-20埃。超晶格结构56包含大约5-50个周期(一个周期等于组成超晶格的各个InxGa1-xN和InyGa1-yN层的一个重复)。在一个实施方案中，超晶格结构56包含25个周期。在另一实施方案中，超晶格56包含10个周期。
有源层60包含多量子阱结构，此多量子阱结构包括被势垒层76分隔开的多个InGaN量子阱层74。势垒层76包含InxGa1-xN，其中0<x<1。势垒层76的铟组分最好低于量子阱层74的铟组分，以便势垒层76的带隙大于量子阱层74的带隙。势垒层76和量子阱层74可以不被掺杂(亦即不用诸如硅或镁之类的杂质进行有意的掺杂)。若希望紫外发射，则最好可以用硅将势垒层76掺杂成低于每立方厘米1×1019的水平。
在另一实施方案中，势垒层76包含AlxInyGa1-x-yN，其中，0<x<1，0<y<1，且(x+y)<1。借助于在势垒层76的晶体中包括铝，势垒层76可以晶格匹配于量子阱层74，从而在量子阱层74中提供改进了的结晶质量，这提高了器件的发光效率。
参照图14，在一个实施方案中，有源区60包含周期性重复的结构77，结构77包含高晶体质量的阱支持层76a、量子阱层74、以及用作量子阱层74的保护帽层的帽层76b。在生长此结构77时，帽层76b和阱支持层76a一起形成相邻量子阱74之间的势垒层。最好在比用来生长InGaN量子阱层74的温度更高的温度下来生长高质量的阱支持层76a。例如，为了得到用来生长InGaN量子阱层74的高质量表面，在大约750-900℃的生长温度下来生长阱支持层76a。然后将生长工作室的温度降低大约50℃，以便能够生长高质量的InGaN量子阱层74。然后，在温度被保持于较低的InGaN生长温度的情况下，生长帽层76b。以这种方式，可以制造包含高质量InGaN层的多量子阱区。
最好在氮气气氛中生长有源区60，这提供了提高的InGaN晶体质量。势垒层76的厚度约为50-400埃。势垒层76的厚度优选大于大约90埃，约为225埃最优选。量子阱层74的厚度约为15-35埃。量子阱层的厚度优选大于20埃，最优选厚度约为25埃。如前所述，铟在量子阱层74中的厚度和百分比可以改变，以便产生所希望波长的光。
生长在有源区60上的层62最好是不掺杂的GaN或AlGaN，且厚度约为0-50埃，更优选的厚度约为35埃。若层62包含AlGaN，则铝在此层中的百分比优选约为10-30％，且最优选约为24％。铝在层62中的水平也可以以台阶或连续降低的方式被渐变。可以在比量子阱区60的生长温度更高的温度下来生长层62，以便改善层62的晶体质量。额外的不掺杂GaN或AlGaN层可以被包括在层62的附近。例如，LED45可以包括层62下方的厚度约为6-9埃的不掺杂AlGaN的额外层。
掺有镁之类的p型杂质的AlGaN层64，被生长在层62上。AlGaN层64的厚度约为50-200埃，优选厚度约为85埃。接触层由p型GaN组成，优选厚度约为1600埃。
欧姆接触70和72分别被应用于p-GaN接触层66和衬底50。
在公开的美国申请No.2003-0020061中，提供了有关多量子阱和超晶格的生长的其它信息。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型实施方案。具体的项目仅仅以一般和描述性的意义而不是为了限制而被使用。下列权利要求公布了本发明的范围。

Claims (40)

1.一种发光器件的半导体结构，所述发光器件能够在电磁谱的红色到紫外部分发光，所述结构包含:
第一n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0<x<1而0<y<1，且(x+y)≤1；
第二n型AlxInyGa1-x-yN包层，其中0<x<1而0<y<1，且(x+y)≤1，其中所述第二n型包层的进一步特征是没有镁；
在所述第一与第二包层之间的有源部分，呈具有被对应的多个其中0<x<1而0<y<1且(x+y)≤1的AlxInyGa1-x-yN势垒层分隔开的多个其中0<x<1的InxGa1-xN阱层的多量子阱形式；以及
III族氮化物的p型层，其中，所述第二n型包层被置于所述p型层与所述多量子阱之间；
其中，所述第一和第二n型包层具有各大于所述阱层带隙的各自的带隙。
2.根据权利要求1的半导体结构，其中，所述多量子阱具有第一表面和第二表面，所述多量子阱的所述第一表面与所述第一n型包层接触，且所述多量子阱的所述第二表面与所述第二n型包层接触。
3.根据权利要求1的半导体结构，其中，所述p型层与所述第二n型包层接触，使得所述第二n型包层位于所述p型层与所述多量子阱之间。
4.根据权利要求1的半导体结构，其中，所述p型层是镁掺杂的氮化镓。
5.根据权利要求4的半导体结构，其中，所述第二n型包层厚得足以阻挡镁从所述p型层迁移到所述多量子阱，同时薄得足以便于电子和空穴在所述多量子阱内的复合。
6.根据权利要求1的半导体结构，其中，所述p型层是氮化铟。
7.根据权利要求1的半导体结构，其中，所述p型层是InxGa1-xN，其中0<x<1。
8.根据权利要求1的半导体结构，其中，所述p型层包含超晶格，此超晶格由选自氮化镓、氮化铟、以及其中0<x<1的InxGa1-xN的多个III族氮化物层组成。
9.根据权利要求8的半导体结构，其中，所述超晶格由选自氮化镓、氮化铟、以及其中0<x<1的InxGa1-xN的二种III族氮化物层的交替层组成。
10.根据权利要求1的半导体结构，还包含第三n型AlxInyGa1-x-yN层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1，其中，所述第三n型层被置于所述第二n型包层与所述p型层之间。
11.根据权利要求10的半导体结构，其中，所述第三n型层具有第一表面和第二表面，所述第三n型层的所述第一表面与所述p型层接触，且所述第三n型层的所述第二表面与所述第二n型包层接触。
12.根据权利要求1的半导体结构，还包含n型碳化硅衬底，其中，所述第一n型包层被置于所述碳化硅衬底与所述多量子阱之间。
13.根据权利要求1的半导体结构，还包含:
n型碳化硅衬底；以及
置于所述碳化硅衬底与所述第一n型包层之间的导电缓冲层。
14.根据权利要求13的半导体结构，其中，所述导电缓冲层具有第一表面和第二表面，所述导电缓冲层的所述第一表面与所述碳化硅衬底接触，且所述导电缓冲层的所述第二表面与所述第一n型包层接触。
15.根据权利要求13的半导体结构，其中，所述导电缓冲层主要由公式为AlxGa1-xN的铝镓氮组成，其中0<x<1。
16.根据权利要求13的半导体结构，还包含III族氮化物的n型过渡层，所述过渡层被置于所述导电缓冲层与所述第一n型包层之间。
17.根据权利要求13的半导体结构，还包含分立晶体部分，用于降低所述导电缓冲层与所述碳化硅衬底之间的势垒，所述分立晶体部分选自氮化镓和铟镓氮，所述分立晶体部分位于所述导电缓冲层与所述碳化硅衬底之间。
18.根据权利要求1的半导体结构，它包含:
选自3C、4H、6H、15R的多型的n型单晶碳化硅衬底；
所述p型层由选自氮化镓、氮化铟、0<x<1的InxGa1-xN的至少一种III族氮化物组成；以及
所述第一n型包层置于所述碳化硅衬底与所述多量子阱之间。
19.根据权利要求1或权利要求18的半导体结构，其中，所述多量子阱中的所述势垒层的带隙大于所述多量子阱中的所述阱层的带隙。
20.根据权利要求18的半导体结构，其中，所述第一n型包层具有第一表面和第二表面，所述第一n型包层的所述第一表面与所述碳化硅衬底接触，而所述第一n型包层的所述第二表面与所述多量子阱接触，其中，所述第一n型包层的组分被逐渐改变，使所述第一n型包层的所述第一表面处的晶格更接近匹配所述碳化硅衬底的晶格，且所述第一n型包层的所述第二表面处的晶格更接近匹配所述多量子阱的晶格。
21.根据权利要求1或权利要求18的半导体结构，其中，所述第二n型包层具有第一表面和第二表面，所述第二n型包层的所述第一表面与所述多量子阱接触，而所述第二n型包层的所述第二表面与所述p型层接触，其中，所述第二n型包层的组分被逐渐改变，使所述第二n型包层的所述第一表面处的晶格更接近匹配所述多量子阱的晶格，且所述第二n型包层的所述第二表面处的晶格更接近匹配所述p型层的晶格。
22.根据权利要求18的半导体结构，其中，所述p型层是镁掺杂的氮化镓。
23.根据权利要求22的半导体结构，其中，所述第二n型包层厚得足以阻挡镁从所述p型层迁移到所述多量子阱，同时薄得足以便于电子和空穴在所述多量子阱内的复合。
24.根据权利要求18的半导体结构，其中，所述p型层包含超晶格，此超晶格由选自氮化镓、氮化铟、以及其中0<x<1的InxGa1-xN的二个III族氮化物层的交替层组成。
25.根据权利要求18的半导体结构，还包含第三n型AlxInyGa1-x-yN层，其中0≤x≤1而0≤y<1，且(x+y)≤1，其中，所述第三n型层被置于所述第二n型包层与所述p型层之间。
26.根据权利要求25的半导体结构，其中，所述第三n型层具有第一表面和第二表面，所述第三n型层的所述第一表面与所述p型层接触，且所述第三n型层的所述第二表面与所述第二n型包层接触。
27.根据权利要求18的半导体结构，还包含导电缓冲层，所述导电缓冲层主要由公式为AlxGa1-xN的铝镓氮组成，其中0≤x≤1，所述导电缓冲层位于所述碳化硅衬底与所述第一n型包层之间。
28.根据权利要求27的半导体结构，还包含III族氮化物的n型过渡层，所述过渡层被置于所述导电缓冲层与所述第一n型包层之间，且具有与所述第一n型包层相同的导电类型。
29.根据权利要求12或权利要求18的半导体结构，还包含分立晶体部分，用于降低所述导电缓冲层与所述碳化硅衬底之间的势垒，所述分立晶体部分选自氮化镓和铟镓氮，所述分立晶体部分位于所述第一n型包层与所述碳化硅衬底之间。
30.一种发光器件的半导体结构，所述发光器件能够在电磁谱的红色到紫外部分发光，所述结构包含:
多量子阱形式的有源部分，所述多量子阱具有被对应的多个其中0≤x<1而0<y<1且(x+y)≤1的AlxInyGa1-x-yN势垒层分隔开的多个其中0<x<1的InxGa1-xN阱层；
支持所述多量子阱的III族氮化物超晶格；
邻近所述多量子阱的AlxInyGa1-x-yN层，其中0<x<1而0<y<1，且(x+y)≤1，其中所述多量子阱位于所述AlxInyGa1-x-yN层和所述超晶格之间，并且所述AlxInyGa1-x-yN层的特征是没有镁；
邻近所述AlxInyGa1-x-yN层的第一p型III族氮化物层，其中所述AlxInyGa1-x-yN层位于所述多量子阱和所述第一p型III族氮化物层之间；以及
支持所述超晶格的n型III族氮化物层，其中所述超晶格位于所述多量子阱和所述n型III族氮化物层之间。
31.根据权利要求30的半导体结构，还包含碳化硅衬底和所述碳化硅衬底上的导电III族氮化物缓冲层，其中所述导电III族氮化物缓冲层位于所述碳化硅衬底和支持所述超晶格的所述n型III族氮化物层之间，使得所述碳化硅衬底和所述导电III族氮化物缓冲层在所述半导体结构的底部。
32.根据权利要求31的半导体结构，还包含:
所述导电缓冲层与所述n型III族氮化物层之间的额外的n型GaN层；
所述p型III族氮化物层上的p型接触层；
到所述p型接触层的欧姆接触；以及
到所述碳化硅衬底的欧姆接触。
33.根据权利要求30的半导体结构，其中，所述超晶格包含InxGa1-xN和InyGa1-yN的交替层，其中0≤x≤1且0≤y≤1，且x不等于y。
34.根据权利要求33的半导体结构，其中，x＝0，且0<y<1。
35.根据权利要求33的半导体结构，其中，所述超晶格包含5-50个周期。
36.根据权利要求30的半导体结构，还包含:
碳化硅衬底；
所述碳化硅衬底上的导电III族氮化物缓冲层；
所述n型III族氮化物层是所述导电缓冲层上的第一n型GaN层；
所述第一n型GaN层上的另一n型III族氮化物层；
所述超晶格位于所述另一n型III族氮化物层上并由GaN和InyGa1-yN的交替层组成，其中0<y<1；
所述AlxInyGa1-x-yN层位于所述多量子阱上，其中0<x<1且0<y<1，且(x+y)≤1；
所述第一p型III族氮化物层位于所述AlxInyGa1-x-yN层上；
所述第一p型III族氮化物层上的p型接触层；
到所述p型接触层的欧姆接触；以及
到所述碳化硅衬底的欧姆接触。
37.根据权利要求36的半导体结构，其中，所述多量子阱中的所述势垒层的带隙大于所述多量子阱中的所述阱层的带隙。
38.根据权利要求1或权利要求18或权利要求36的半导体结构，其中，所述多量子阱中的至少一个所述势垒层不掺杂。
39.根据权利要求1或权利要求18或权利要求36的半导体结构，其中，所述多量子阱中的至少一个所述阱层不掺杂。
40.根据权利要求36的半导体结构，还包含分立晶体部分，用于降低所述导电缓冲层与所述碳化硅衬底之间的势垒，所述分立晶体部分选自氮化镓和铟镓氮，所述分立晶体部分位于所述导电III族氮化物缓冲层与所述碳化硅衬底之间。
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