CN101355131A - 第ⅲ族氮化物基化合物半导体器件 - Google Patents
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Abstract
一种第III族氮化物基化合物半导体器件，其中在除了Ga－极性C－面的表面上形成负电极。在第III族氮化物基化合物半导体发光器件中，在R－面蓝宝石衬底上形成n－接触层、用于改善静电击穿电压的层、由具有十个堆叠的未掺杂In0.1Ga0.9N层、未掺杂GaN层以及硅(Si)掺杂GaN层的组的多层结构制成的n－覆盖层、由交替堆叠的In0.25Ga0.75N阱层和GaN势垒层的组合制成的多量子阱(MQW)发光层、由包括p－型Al0.3Ga0.7N层和p－In0.08Ga0.92N层的多层结构制成的p－覆盖层、和由包括具有不同镁浓度的两个p－GaN层的堆叠结构制成的p－接触层(厚度：约80nm)。通过蚀刻，为具有沿c－轴的厚度方向的n－接触层提供条纹图案化微沟，每个微沟具有表现C－面的侧壁，由此在负电极和每个C－面侧壁之间建立欧姆接触。
Description
技术领域
本发明涉及第III族氮化物基化合物半导体器件，其具有已经提供有负电极的n-型区域的特征形状。如本文所用的，术语“第III族氮化物基化合物半导体器件”包括由式AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的半导体；包含预定元素以形成例如n-型/p-型导电的此类半导体；其中的一部分第III族元素被B或Tl替代，一部分第V族元素被P、As、Sb或Bi替代的此类半导体。
背景技术
在AlxGayIn1-x-yN半导体的发展中，已经提高了半导体的结晶度，并且已经很好地控制了其电导率，使得可制造多种半导体器件诸如发光二极管、激光二极管和HEMT(例如，高电子迁移率晶体管)。目前，在通常的半导体器件制造工艺中，通过外延生长在C-面或A-面蓝宝石衬底、硅衬底或SiC衬底上形成多个第III族氮化物基化合物半导体层。在很多情况下，当在上述异质衬底上形成这样的第III族氮化物基化合物半导体外延层时，外延生长的生长表面是C-面使得每个第III族氮化物基化合物半导体层的厚度沿着c-轴增长。而且，当在作为生长衬底的具有C-面作为主面的GaN厚层上进行外延生长时，外延生长表面是C-面使得外延膜的厚度沿着c-轴增长。
同时，当GaN衬底的厚度方向是c-轴方向时，垂直于c-轴的一个表面是Ga-极性表面，另一表面是N-极性表面。Ga-极性是平行于c-轴彼此连接的Ga原子和氮原子之间的Ga原子到氮原子的向量的方向。而氮-极性是平行于c-轴彼此连接的氮原子和Ga原子之间的氮原子到Ga原子的向量的方向。相应地，Ga-极性表面定义为其指向外部的垂直向量等同于Ga-极性的表面。而氮-极性表面定义为其指向外部的垂直向量等同于氮-极性的表面。
当在前述异质衬底上外延生长GaN使得C-面为生长表面时，外延膜的最上层表现为Ga-极性表面。当采用C-面GaN衬底并且在Ga-极性表面上外延生长GaN时，外延膜的最上层表现为Ga-极性表面。然而，本领域技术人员知道当在GaN衬底的N-极性表面上通过MOVPE(例如，金属氧化物气相外延)或卤化物VPE(即，卤化物气相外延)进行外延生长时，不能形成具有高结晶度的外延膜。
在第III族氮化物基化合物半导体层的厚度方向是c-轴方向并且堆叠多个这样的半导体层的情况下，两层之间的界面表现为C-面。在这种情况下，已知在HEMT或具有MQW(多量子阱)发光层的发光器件中产生如下问题。
在具有在InAlGaN层和n--型GaN层之间提供的二维电子气体层的HEMT中，当InAlGaN层的极化大于GaN的极化并且每个层间界面表现为C-面时，电子倾向于积累在异质界面中。因此，在这种情况下，可能无法获得期望的器件特性。例如，无法获得常关型器件(normally-off)。
当第III族氮化物基化合物半导体形成在具有R-面((1-102)面)作为主面的蓝宝石衬底上，使得半导体的A-面((11-20)面)即非极性面作为生长表面时，则不形成垂直于异质界面的极化场。在这种情况下，通常，可以制造常关型晶体管，并且电子运动不受极化场的影响，这在高速操作中是有利的。
关于发光器件，已经提出所谓的II型量子阱有源层，其为MQW发光层(有源层)，该层中电子被量子化并且限定在一个层中，而空穴在另一个层中。当在非极性表面诸如非极性A-面((11-20)面)上提供II型量子阱有源层时，有源层不受极化的影响，从而实现高的发光效率。
因此，近来已经商业化了A-面GaN衬底或M-面GaN衬底，并且其中在这样的GaN衬底上提供厚度方向为a-轴或m-轴(即，非极性轴)的第III族氮化物基化合物半导体层的器件已经引起兴趣。
日本专利申请公开(kokai)No.2007-43164公开了在n-型GaN衬底的N-极性表面上难以形成电极，该表面与其上已经提供器件的Ga-极性表面相反。
发明内容
与在Ga极性C-面上形成的情形相比，即使在第III族氮化物基化合物半导体的非极性A-面或M-面上形成电极例如Ti/Al双层电极，也不易形成欧姆电极。实际上，通过在500～600℃下加热可在Ga-极性C-面上形成Ti/Al欧姆电极，然而在A-面或M-面上形成Ti/Al欧姆电极需要在700～900℃下加热。当对器件施加这样高的温度时，可能损害器件的特性。
鉴于前述，本发明的一个目的是通过在相对低的温度下加热，在具有作为GaN衬底的非极性A-面或M-面、作为GaN衬底的N-极性C-面或除了Ga-极性C-面之外的面的主面的n-型区域中形成负电极。
因此，在本发明的第一方面中，提供通过外延生长第III族氮化物基化合物半导体制造的并具有提供有负电极的n-型区域的第III族氮化物基化合物半导体器件；其中所述n-型区域由通过外延生长形成的n-型第III族氮化物基化合物半导体层的表面限定，并具有一个或更多个不平行于c-轴并且在表现除了第III族元素极性C-面以外的主面的所述表面上通过蚀刻形成的表面。
在本发明的第二方面中，提供通过外延生长第III族氮化物基化合物半导体制造的并具有提供有负电极的n-型区域的第III族氮化物基化合物半导体器件；其中所述n-型区域由n-型第III族氮化物基化合物半导体的表面限定，所述表面表现为A-面或M-面作为其主面，并且提供有不平行于c-轴且通过蚀刻形成的表面。
如本文所用的，术语“第III族元素极性”在GaN的情况下指的是Ga-极性。在混合的晶体或其它半导体的情况下，第III族元素原子存在于层的表面并且每个均结合存在于该层或衬底中的三个氮原子。根据第一方面，当n-型区域由通过外延生长形成的第III族氮化物基化合物半导体膜的表面限定时，n-型区域的面表现为除了第III族元素极性C-面之外的面。表述“除了第III族元素极性C-面之外的面”指的是N-极性C-面或除了C-面之外的面。在该面中，通过蚀刻形成不平行于c-轴的其它表面。表述“不平行于c-轴的表面”指的是例如表现为除了A-面或M-面之外的面的表面。最优选地，暴露出垂直于c-轴的表面即表现为C-面的表面。根据第二方面，当n-型区域由第III族氮化物基化合物半导体衬底的主面限定时，该主面表现为A-面或M-面。在A-面或M-面中，通过蚀刻形成不平行于c-轴的其它表面。
平行于c-轴的表面是例如表现为A-面或M-面的表面。因此，在本发明中，不平行于c-轴的表面表示表现为C-面或相对于外延生长表面倾斜的倾斜表面。倾斜表面由指数(a1a2a3c)表示，其中c不为0。最优选的表面是C(0001)表面。当表面是除表现为C-面的表面之外的表面时，优选具有较大“c”值的表面。表面的法线和c-轴之间的角理想为0°，优选45°或更小，更优选30°或更小，仍更优选15°或更小。当该角落入上述范围中时，暴露的表面主要为Ga-极性。换言之，本发明的要旨在于负电极不直接形成在A(11-20)面或M(1-100)面上，而是通过预先蚀刻来提供表现C-面的表面或至少不表现A-面或M-面的表面形成所述负电极。当在倾斜的表面诸如(11-22)表面或(11-24)表面，即，根据本发明的“半极表面”上形成负电极时，通过蚀刻形成具有更类似于C-面的特性的表面。例如，虽然C-面具有高的抗蚀刻性，但是通过与C-面具有小的离角(off angle)的外延膜的弱蚀刻可暴露C-面。
本发明的第三方面涉及根据第一方面的器件的具体实施方案，其中提供有负电极的n-型区域由表现A-面作为其主面的半导体层的表面限定，并且通过蚀刻形成的至少第III族元素极性C-面区域暴露于负电极，即与负电极相接触。
本发明的第四方面涉及根据第二方面的器件的具体实施方案，其中通过蚀刻形成的至少第III族元素极性C-面区域暴露于负电极，即与负电极接触，该负电极形成在n-型第III族氮化物基化合物半导体衬底的表面上，所述表面表现A-面或M-面作为其主面。
本发明的第五方面涉及根据第一或第三方面的器件的具体实施方案，其中在具有R-面作为其主面的蓝宝石衬底上外延生长第III族氮化物基化合物半导体。在蓝宝石衬底的R-面中生长的第III族氮化物基化合物半导体具有A-面生长表面，a-轴为生长轴。
本发明的第六方面涉及根据前述方面的器件的具体实施方案，其中通过气相沉积依次形成含有至少钛(Ti)或钒(V)的第一金属层和含有至少铝(Al)的第二金属层提供负电极。
在除了表现第III族元素极性C-面的表面以外的第III族氮化物基化合物半导体的表面上提供的负电极难以形成为欧姆电极。因此，在除了表现第III族元素极性C-面的表面以外的第III族氮化物基化合物半导体的表面上形成负电极时，形成具有更类似于C-面的特性的表面。结果，暴露的表面显示出第III族元素极性，从而通过在相对低温下加热，负电极可用作欧姆电极。
当负电极在A-面或M-面上形成时本技术是尤其有利的，所述A-面或M-面是平行于第III族氮化物基化合物半导体的c-轴的表面。由于外延膜的晶体取向可由生长衬底的晶体取向确定，所以可通过蚀刻容易地形成每个均具有C-面侧壁的条纹图案化的微沟或类似结构。每个微沟具有相对面对的侧壁，侧壁之一为N-极性表面而另一个为Ga-极性表面。因此，虽然暴露N-极性侧表面，即与负电极接触，但是另一暴露的Ga-极性侧表面，即与负电极接触的表面表现出本发明的效果。通过在相对低温下加热，与Ga-极性C-面接触的负电极部分可容易地提供欧姆电极。
当在除了表现A-面或M-面的面之外的第III族氮化物基化合物半导体的表面例如N-极性C-面上形成负电极时，本发明也是有利的。根据本发明，通过蚀刻暴露出与未蚀刻表面相比可更容易在其上形成欧姆电极的表面。在这种情况下，暴露的表面优选具有更类似于Ga-极性C面的那些特性。
当负电极由Ti/Al双层或由包括含Ti层和含Al层的金属多层形成时，本发明也是尤其有利的。例如，当上述负电极在n-GaN的Ga-极性C-面上形成时，Ti通过替代n-GaN表面处存在的Ga原子形成TiN薄膜。认为由此形成的TiN薄膜提高了欧姆性能。如果负电极形成在除了表现Ga-极性C面的表面之外的表面上，则难以用Ti替代Ga，或者TiN薄膜没有完全覆盖整个表面。基于这样的原因，无法提高欧姆性能。因此，通过蚀刻暴露Ga-极性C面或通过蚀刻形成表现出较高Ga-极性的表面，由包括含Ti层和含Al层的金属多层形成的负电极显示出提高的欧姆性能。该技术也可适用于除了n-GaN之外的混合晶体。
而且，该技术也可适用于由V/Al双层或由包括含V层和含Al层的金属多层形成负电极。
附图说明
由于在结合附图考虑时通过参考优选实施方案的以下详细描述，本发明的各种其它的目的、特征和许多附带优势变得更易于理解，所以将会容易地获悉本发明的各种其它的目的、特征和许多附带优势，附图中：
图1是根据本发明一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件100的横截面图；
图2是根据本发明另一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件200的横截面图；
图3是根据本发明又另一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件300的横截面图；和
图4是根据本发明的还另一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件400的横截面图。
具体实施方式
本发明的特性特征在于：当在除了表现第III族元素极性C-面的表面之外的表面上形成负电极时，通过蚀刻暴露表现出更高Ga-极性的表面，最优选表现C-面的表面。对于适用于本发明的半导体器件的结构和特性没有特定的限制，只要保持上述特征特性即可。
通过在除了表现第III族元素极性C-面的表面之外的表面中的蚀刻形成C-面并不总是困难的。当外延生长表面表现为A-面或M-面时，第III族氮化物基化合物半导体层的C-面取向可由所用衬底的取向面确定。例如，当形成条状掩模时，使得条的纵向调整为平行于第III族氮化物基化合物半导体层的C-面，即垂直于c-轴。然后，通过干蚀刻形成微沟使得它们垂直于作为生长表面的A-面或M-面并且平行于C-面。虽然侧壁的一个是N-极性表面，另一个是Ga-极性表面，但是每个微沟的两个侧壁表现出第III族氮化物基化合物半导体层的C-面。因此，通过调节Ga-极性表面，可提高电极和半导体之间的欧姆接触。
实施方案1
图1是根据本发明一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件100的横截面图。第III族氮化物基化合物半导体发光器件100具有通过在R-面蓝宝石衬底10上外延生长而堆叠的以下第III族氮化物基化合物半导体层。每层的厚度方向与a-轴方向一致。具体地，在R-面蓝宝石衬底10上提供由氮化铝(AlN)形成的缓冲层(未示出，厚度：约15nm)，并且在缓冲层上形成由硅(Si)掺杂的GaN制成的n-接触层11(厚度：约4μm)。在n-接触层11上，由堆叠结构形成用于改善静电击穿电压的层110，该堆叠结构包括未掺杂的GaN层(厚度：300nm)和硅(Si)掺杂的GaN层(厚度：30nm)。在用于改善静电击穿电压的层110上形成由多层结构制成的n-覆盖层12(厚度：约74nm)，该多层结构具有十个堆叠的未掺杂的In0.1Ga0.9N层、未掺杂的GaN层和硅(Si)掺杂的GaN层的组。
在n-覆盖层12上提供由交替堆叠的七个阱In0.25Ga0.75N层(厚度：约3nm)和GaN势垒层(厚度：3nm)的组合制成的多量子阱(MQW)发光层13。在发光层13上形成由包括p-Al0.3Ga0.7N层和p-In0.08Ga0.92N层的多层结构制成的p-覆盖层14(厚度：约33nm)。在p-覆盖层14上提供由包括具有不同镁浓度的两个p-GaN层的堆叠结构制成的p-接触层15(厚度：约80nm)。
在p-接触层15上形成由氧化铟锡(ITO)制成的光学透明电极20，并且在n-接触层11的暴露表面上形成负电极30。负电极30由钛(Ti)层(厚度：约20nm)和铝(Al)层(厚度：约2μm)形成。在光学透明电极20上形成由金(Au)合金制成的电极垫25。
n-接触层11的暴露表面设置有通过蚀刻得到的条纹图案化的微沟。每个条纹图案化的微沟11s均具有侧壁，该侧壁表现n-接触层11的C-面。将每个微沟的宽度和沟间距调整为0.2μm，并且将每个沟的深度调整为1μm。在已经形成负电极30的整个区域上形成条纹图案化的微沟。应说明：微沟宽度、沟间距和沟深度可各自调整为期望值。通过由此提供的微沟，具有Ti/Al堆叠结构的负电极30表现出与在n-接触层11中形成的C-面侧壁11s的优异的欧姆接触。用Ga-极性C-面侧壁可尤其容易地得到该欧姆接触。为了形成欧姆负电极，在400～600℃下对负电极30进行退火。例如，在约500℃下加热足以实现退火。
实施方案2
图2是根据本发明的另一实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件200的横截面图。第III族氮化物基化合物半导体发光器件200具有通过在A-面n-GaN衬底120上外延生长而堆叠的以下第III族氮化物基化合物半导体层。每层的厚度方向与a-轴方向一致。具体地，在A-面n-GaN衬底120上形成由硅(Si)掺杂的GaN制成的n-接触层11(厚度：约4μm)。在n-接触层11上，由堆叠结构形成用于改善静电击穿电压的层110，该堆叠结构包括未掺杂的GaN层(厚度：300nm)和硅(Si)掺杂的GaN层(厚度：30nm)。在用于改善静电击穿电压的层110上形成由多层结构制成的n-覆盖层12(厚度：约74nm)，该多层结构具有十个堆叠的未掺杂In0.1Ga0.9N层、未掺杂GaN层和硅(Si)掺杂GaN层的组。
在n-覆盖层12上提供由七个交替堆叠的阱In0.25Ga0.75N层(厚度：约3nm)和GaN势垒层(厚度：3nm)的组合制成的多量子阱(MQW)发光层13。在发光层13上形成由包括p-型Al0.3Ga0.7N层和p-In0.08Ga0.92N层的多层结构制成的p-覆盖层14(厚度：约33nm)。在p-覆盖层14上提供由包括具有不同镁浓度的两个p-GaN层的堆叠结构制成的p-接触层15(厚度：约80nm)。
在p-接触层15上形成由氧化铟锡(ITO)制成的光学透明电极20，并且在n-GaN衬底120的背表面上形成负电极30。负电极30由钛(Ti)层(厚度：约20nm)和铝(Al)层(厚度：约2μm)形成。在光学透明电极20上形成由金(Au)合金制成的电极垫25。
n-GaN衬底120的背表面提供有通过蚀刻得到的条纹图案化的微沟。每个条纹图案化的微沟120s均具有侧壁，该侧壁表现n-GaN衬底120的C-面。将每个微沟的宽度和沟间距调整为2μm，并且将每个沟的深度调整为5μm。在已经形成负电极30的整个区域上形成条纹图案化的微沟。应说明：微沟宽度、沟间距和沟深度可各自调整为期望值。通过由此提供的微沟，具有Ti/Al堆叠结构的负电极30表现出与在n-GaN衬底120中形成的C-面侧壁120s的优异的欧姆接触。用Ga-极性C-面侧壁可尤其容易地得到该欧姆接触。为了形成欧姆负电极，在400～600℃下对负电极30进行退火。例如，在约500℃下加热足以实现退火。
实施方案2的改变
在图2所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件200中，当A-面n-GaN衬底120变为M-面n-GaN衬底时，每层的厚度方向与m-轴一致。通过蚀刻，M-面n-GaN衬底的背表面提供有条纹图案化的微沟，每个微沟均具有侧壁，该侧壁表现C-面。在这种情况下，可在约500℃下对负电极进行退火。
实施方案3
图3是根据本发明另一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件300的横截面图。除了采用C-面n-GaN衬底121代替A-面n-GaN衬底120之外，图3所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件300具有和图2所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件200相同的结构。在这种情况下，外延生长表面为Ga-极性表面，并且形成负电极的其它表面为N-极性表面。在该结构中，优选以倾斜表面121s的形式形成表面凹凸，而不是提供垂直于N-极性C-面的表面。在图3中，倾斜角调节为45°。
倾斜表面可具有单一倾斜角度或可具有不同的值。在实施方案3中，不应该暴露出表现A-面或M-面的倾斜表面。可对衬底的整个背表面进行加工以提供具有例如45°或≤10°的离角的单一倾斜的表面，而不是形成凹凸即倾斜的表面121s。
实施方案3的改变
在图3所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件300中，可使用A-面或M-面n-GaN衬底代替C-面n-GaN衬底121。在该改变中，不应该暴露出表现A-面或M-面的倾斜表面。可对衬底的整个背表面进行加工以提供具有例如45°或≤10°的离角的单一倾斜表面，而不是形成凹凸即倾斜的表面121s。
实施方案4
图4是根据本发明另一个实施方案的第III族氮化物基化合物半导体发光器件400的横截面图。除了提供倾斜表面11s’而不是n-接触层11的凹凸之外，图4所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件400具有与图1所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件100相同的结构。在图4中，倾斜角调整为45°。
倾斜表面可具有单一的倾斜角度或可具有不同的值。在实施方案4中，不应该暴露出表现A-面或M-面的倾斜表面。可对衬底的整个背表面进行加工以提供具有例如45°或≤10°的离角的单一倾斜表面，而不是形成凹凸即倾斜表面11s’。
实施方案4的改变
在图4所示的第III族氮化物基化合物半导体发光器件400中，当采用异质衬底而不是R-面蓝宝石衬底时，根据衬底的主面的类型，第III族氮化物基化合物半导体的外延生长发生在不是c-轴或a-轴方向的方向上。在这种情况下，形成负电极的区域提供有作为更类似于C-面的那些特性的表面的凹凸。优选地，在某些情况下，形成C-面状表面作为倾斜表面而不是平行于外延生长方向的表面。该倾斜表面可具有单一倾斜角度或不同的值。在本改变中，不应该暴露出表现A-面或M-面的倾斜表面。
Claims (11)
1.一种第III族氮化物基化合物半导体器件，其通过外延生长第III族氮化物基化合物半导体制造并具有提供有负电极的n-型区域；
其中所述n-型区域由通过外延生长形成的n-型第III族氮化物基化合物半导体层的表面限定，并且具有一个或更多个不平行于c-轴的且在表现除了第III族元素极性C-面以外的主面的所述表面上通过蚀刻形成的表面。
2.一种第III族氮化物基化合物半导体器件，其通过外延生长第III族氮化物基化合物半导体制造并具有提供有负电极的n-型区域；
其中所述n-型区域由n-型第III族氮化物基化合物半导体衬底的表面限定，所述表面表现A-面或M-面作为其主面，并且提供有不平行于c-轴并且通过蚀刻形成的表面。
3.根据权利要求1所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中所述提供具有负电极的n-型区域由表现A-面作为其主面的所述半导体层的表面限定，并且通过蚀刻形成的至少第III族元素极性C-面区域暴露于所述负电极。
4.根据权利要求2所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中通过蚀刻形成的至少第III族元素极性C-面区域暴露于所述负电极，所述负电极形成在所述n-型第III族氮化物基化合物半导体衬底的表面上，所述表面表现A-面或M-面作为其主面。
5.根据权利要求1所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中所述第III族氮化物基化合物半导体外延生长在具有R-面作为其主面的蓝宝石衬底上。
6.根据权利要求3所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中所述第III族氮化物基化合物半导体外延生长在具有R-面作为其主面的蓝宝石衬底上。
7.根据权利要求1所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中通过气相沉积依次形成含有至少钛(Ti)或钒(V)的第一金属层和含有至少铝(Al)的第二金属层来提供所述负电极。
8.根据权利要求2所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中通过气相沉积依次形成含有至少钛(Ti)或钒(V)的第一金属层和含有至少铝(Al)的第二金属层来提供所述负电极。
9.根据权利要求3所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中通过气相沉积依次形成含有至少钛(Ti)或钒(V)的第一金属层和含有至少铝(Al)的第二金属层来提供所述负电极。
10.根据权利要求4所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中通过气相沉积依次形成含有至少钛(Ti)或钒(V)的第一金属层和含有至少铝(Al)的第二金属层来提供所述负电极。
11.根据权利要求5所述的第III族氮化物基化合物半导体器件，其中通过气相沉积依次形成含有至少钛(Ti)或钒(V)的第一金属层和含有至少铝(Al)的第二金属层来提供所述负电极。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102473806A (zh) * | 2009-07-22 | 2012-05-23 | 松下电器产业株式会社 | 发光二极管 |
| CN102969420A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-13 | Lg伊诺特有限公司 | 发光装置 |
| CN105765799A (zh) * | 2013-11-30 | 2016-07-13 | 统雷量子电子有限公司 | 可调谐半导体辐射源 |
| CN108987472A (zh) * | 2017-05-31 | 2018-12-11 | 财团法人工业技术研究院 | 欧姆接触结构及具有此欧姆接触结构的半导体元件 |
| CN112885933A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-01 | 河北工业大学 | 一种深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN113113506A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-13 | 中山大学 | 一种iii族氮化物增益型光电探测器及其制备方法 |
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Families Citing this family (24)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009081374A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP5434573B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2014-03-05 | 豊田合成株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 |
| JP4940317B2 (ja) * | 2010-02-25 | 2012-05-30 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| US9450143B2 (en) * | 2010-06-18 | 2016-09-20 | Soraa, Inc. | Gallium and nitrogen containing triangular or diamond-shaped configuration for optical devices |
| JP4928652B2 (ja) * | 2010-08-06 | 2012-05-09 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子 |
| TWI532214B (zh) * | 2010-10-12 | 2016-05-01 | Ｌｇ伊諾特股份有限公司 | 發光元件及其封裝 |
| JP5573856B2 (ja) * | 2012-01-26 | 2014-08-20 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザを作製する方法 |
| WO2013114480A1 (ja) | 2012-02-01 | 2013-08-08 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子、その製造方法及び光源装置 |
| JP6069688B2 (ja) * | 2012-06-18 | 2017-02-01 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
| JP6071043B2 (ja) * | 2012-11-14 | 2017-02-01 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| KR101450268B1 (ko) | 2013-02-04 | 2014-10-22 | 전북대학교산학협력단 | 반도체 소자의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체 소자 |
| US9893227B2 (en) * | 2013-05-24 | 2018-02-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Enhanced deep ultraviolet photodetector and method thereof |
| US9379271B2 (en) * | 2013-05-24 | 2016-06-28 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Variable range photodetector and method thereof |
| JP6302303B2 (ja) * | 2014-03-17 | 2018-03-28 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| DE102015102857A1 (de) * | 2015-02-27 | 2016-09-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Halbleiterbauelement, Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements |
| CN105489726B (zh) * | 2015-11-24 | 2017-10-24 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 发光二极管及其制作方法 |
| DE102017117613A1 (de) * | 2017-08-03 | 2019-02-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements |
| CN108258087A (zh) * | 2018-01-06 | 2018-07-06 | 李丹丹 | 高效节能led制备工艺 |
| CN108565320B (zh) | 2018-01-12 | 2019-09-27 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种发光二极管及其制备方法 |
| WO2020100292A1 (ja) * | 2018-11-16 | 2020-05-22 | 堺ディスプレイプロダクト株式会社 | マイクロｌｅｄデバイスおよびその製造方法 |
| JPWO2020100293A1 (ja) * | 2018-11-16 | 2021-09-24 | 堺ディスプレイプロダクト株式会社 | マイクロｌｅｄデバイスおよびその製造方法 |
| US20210320227A1 (en) * | 2018-11-16 | 2021-10-14 | Sakai Display Products Corporation | Micro led device and method for manufacturing same |
| US20220028841A1 (en) * | 2018-12-06 | 2022-01-27 | Sakai Display Products Corporation | Micro led device and manufacturing method thereof |
| WO2024185436A1 (ja) * | 2023-03-03 | 2024-09-12 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1065213A (ja) * | 1996-08-20 | 1998-03-06 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2000216497A (ja) * | 1999-01-22 | 2000-08-04 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
| JP2002016312A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
| JP2004071657A (ja) * | 2002-08-01 | 2004-03-04 | Nec Corp | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体基板およびｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP4895466B2 (ja) | 2002-10-29 | 2012-03-14 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体素子およびその製造方法 |
| CN100356592C (zh) | 2004-01-06 | 2007-12-19 | 元砷光电科技股份有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| KR101041843B1 (ko) | 2005-07-30 | 2011-06-17 | 삼성엘이디 주식회사 | 질화물계 화합물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| JP5113330B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2013-01-09 | ローム株式会社 | 窒化ガリウム半導体発光素子 |
-
2007
- 2007-07-27 JP JP2007195419A patent/JP4605193B2/ja active Active
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- 2008-07-25 CN CN2008101347574A patent/CN101355131B/zh active Active
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102473806B (zh) * | 2009-07-22 | 2014-09-10 | 松下电器产业株式会社 | 发光二极管 |
| CN102473806A (zh) * | 2009-07-22 | 2012-05-23 | 松下电器产业株式会社 | 发光二极管 |
| CN102969420A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-13 | Lg伊诺特有限公司 | 发光装置 |
| CN105765799A (zh) * | 2013-11-30 | 2016-07-13 | 统雷量子电子有限公司 | 可调谐半导体辐射源 |
| CN105765799B (zh) * | 2013-11-30 | 2020-06-23 | 统雷量子电子有限公司 | 可调谐半导体辐射源 |
| CN108987472B (zh) * | 2017-05-31 | 2021-12-07 | 财团法人工业技术研究院 | 欧姆接触结构及具有此欧姆接触结构的半导体元件 |
| CN108987472A (zh) * | 2017-05-31 | 2018-12-11 | 财团法人工业技术研究院 | 欧姆接触结构及具有此欧姆接触结构的半导体元件 |
| CN112885933A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-01 | 河北工业大学 | 一种深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN113113506A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-13 | 中山大学 | 一种iii族氮化物增益型光电探测器及其制备方法 |
| CN113113506B (zh) * | 2021-03-26 | 2023-01-03 | 中山大学 | 一种iii族氮化物增益型光电探测器及其制备方法 |
| CN114050208A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-15 | 上海大学 | 一种改进的高电子迁移率发光晶体管 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |