CN102498626B - 具有量子阱结构的光电子半导体本体 - Google Patents
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Abstract
说明一种光电子半导体本体，其包含由第一成分和与第一成分不同的第二成分组成的半导体材料。该半导体本体具有布置在n导通层（1）和p导通层（5）之间的量子阱结构。该量子阱结构由以下元件构成：单个的量子阱层（31）或由多个量子阱层（31）和至少一个阻挡层（32）构成的层堆叠（3），其中在每两个相继的量子阱层（31）之间布置有阻挡层（32），该阻挡层与两个量子阱层（31）接界；与n导通层（1）和与单个的量子阱层（31）或层堆叠（3）接界的n侧封闭层（2）；和布置在p导通层（4）与单个的量子阱层（31）或层堆叠（3）之间并且与层堆叠（3）或单个的量子阱层（31）接界的p侧封闭层（4）。
Description
技术领域
本申请涉及一种具有量子阱结构的光电子半导体本体。
发明内容
本申请的任务是说明一种具有特别小的前向电压的光电子半导体本体。
该任务通过根据独立权利要求的光电子半导体本体来解决。该半导体本体的有利构型和扩展在从属权利要求中说明。权利要求的公开内容由此明确地通过回引结合到说明书中。
说明一种光电子半导体本体。所述光电子半导体本体例如是发光二极管或激光二极管。半导体本体具有n导通层和p导通层，在它们之间布置有量子阱结构。该量子阱结构适宜地被设置用于生成辐射和/或用于接收电磁辐射，尤其是在紫外、可见和/或红外光谱范围中。
所述量子阱结构可以是单重量子阱结构或者是多重量子阱结构。单重量子阱结构尤其是由以下元件构成：单个的量子阱层、n侧封闭层（Abschlussschicht）和p侧封闭层。多重量子阱结构尤其是由以下元件构成：由多个量子阱层和至少一个阻挡层构成的层堆叠、n侧封闭层和p侧封闭层。
在层堆叠中，在每两个相继的量子阱层之间布置有与两个量子阱层接界的阻挡层。换句话说，层堆叠是量子阱层和阻挡层的交替序列，其中该堆叠在两侧上由量子阱层封闭。该层堆叠因此包含n个量子阱层和n-1个阻挡层，其中n是大于或等于2的自然数。在一个扩展中，量子阱层的数量n小于或等于10。
各自的阻挡层尤其是具有统一的材料组成。换句话说，各自阻挡层的材料组成在从接界的量子阱层之一至另一接界的量子阱层的过程中尤其是保持不变。具有统一材料组成的阻挡层尤其是不包含不同材料组成的片段序列。
如果半导体本体具有多重量子阱结构，则n侧封闭层与层堆叠和n导通层接界。p侧封闭层布置在层堆叠和p导通层之间并且与层堆叠接界。优选地，p侧封闭层还与p导通层接界。
换句话说，在半导体本体具有多重量子阱结构的情况下，层堆叠这样布置在n侧封闭层与p侧封闭层之间，使得在半导体本体的n侧的方向上来看，n侧封闭层与层堆叠的第一量子阱层接界并且p侧封闭层与层堆叠的最后一个量子阱层接界。
如果半导体本体具有单重量子阱结构，则n侧封闭层与单个的量子阱层和n导通层接界。p侧封闭层布置在单个的量子阱层与p导通层之间并且与单个的量子阱层接界。优选地，p侧封闭层还与p导通层接界。
光电子半导体本体，尤其是至少量子阱结构、n导通层和p导通层，包含由第一成分和与第一成分不同的第二成分组成的半导体材料。在此，不必半导体本体的所有层都包含半导体材料的第一成分。但是，优选地，该第一成分至少在一个/多个量子阱层、必要时在一个/多个阻挡层、n侧封闭层和p侧封闭层中包含。第二成分的组成不必在半导体本体的所有层中都相同。第二成分例如可以包含多种元素，这些元素的物质量份额在半导体本体的不同层中的第二成分中是不同的。
半导体材料例如是六边形的化合物半导体材料。六边形的化合物半导体材料具有六边形的晶格结构。所述六边形的化合物半导体材料例如是化学元素周期表的第二和第六主族元素的二价、三价和/或四价化合物。例如可以涉及以下的化合物之一：ZnO、ZnMgO、CdS、ZnCdS、MgBeO。替代地，六边形的化合物半导体材料可以是第三和第五主族元素的二价、三价和/或四价化合物，例如是氮化合物半导体材料。这可以例如是以下的半导体结构之一：Bn、AlGaN、GaN、InAlGaN。
在此，半导体材料不必一定具有按照以上化学式之一的数学上精确的组成。更确切地说，该半导体材料可以具有一个或多个掺杂物以及附加的组分。但是出于简单的考虑，以上化学式仅仅包含晶格的主要组分，即使当这些组分可以部分地由少量其他物质替代时也是如此。
半导体材料的第一成分的物质量份额在量子阱层的每一个中比在n侧封闭层中、p侧封闭层中以及可能层堆叠的一个或多个阻挡层中多。通过这种方式，尤其是实现了量子阱结构的带结构，其中量子阱层区域中的量子阱结构具有比在n侧封闭层、p侧封闭层以及可能（一个或多个）阻挡层区域中小的带隙。在一个构型中，所有量子阱层中的第一成分的物质量份额是同样大的。
第一成分的物质量份额在n侧封闭层中比在n导通层中大。在p侧封闭层中，第一成分的物质量份额优选比在p导通层中大。
例如在半导体本体包含六边形的化合物半导体材料的情况下——诸如在半导体本体基于III/V半导体材料系统InAlGaN、即InxAlyGa1-x-yN（其中0≤x≤1，0≤y≤1以及x+y≤1）的情况下，在量子阱结构中出现压电场。该压电场是对于移动到量子阱结构中的载流子的具有能量的（energetisch）势垒。
如果在第一成分的物质量份额改变时—也就是说在这种情况下在In份额改变时—在半导体材料中形成应力，则所述载流子势垒尤其是由于极化的Wurtzit晶体结构而产生。
发明人已经确定，在根据本申请的半导体本体的情况下，所述势垒是特别小的，从而半导体本体具有特别小的前向电压。例如该前向电压相对于其中n侧封闭层和/或p侧封闭层不包含半导体本体的第一成分的半导体本体而降低。即使相对于如下半导体本体——其中例如在n侧封闭层与层堆叠的第一量子阱层或单个的量子阱层之间布置有另一个层，前向电压也有利地降低，其中该另一个层比n侧封闭层包含较少物质量份额的半导体材料第一成分。
所述半导体本体在一个构型中在大于或等于440nm、优选大于或等于460nm、特别优选大于或等于480nm的波长下具有发射最大值。该发射最大值例如处于绿色光谱范围中。在一个构型中，发射最大值的波长小于或等于1400nm。
随着发射最大值的波长增加，（一个或多个）量子阱层的带隙降低，由此原则上前向电压也应当下降。但是为了使带隙减小，提高量子阱层或单个的量子阱层中半导体材料的第一成分的物质量份额。在由InAlGaN构成的传统发光二极管中，这导致载流子势垒的这样的提高，即前向电压几乎与发射波长无关。
相反，当一个/多个量子阱层中的第一成分的物质量份额是大的，则载流子势垒到在n导通层与n侧封闭层之间的过渡和在n侧封闭层与单个的量子阱层或第一量子阱层之间的过渡上的分布在根据本申请的半导体本体情况下起到特别有利的作用。用根据本申请的半导体本体可实现的前向电压的降低因此在波长较大的情况下是特别显著的。
根据另一构型，一个或多个阻挡层中半导体材料的第一成分的物质量份额如在n侧封闭层中那样大。根据一个扩展，替代地或附加地，一个或多个阻挡层中半导体材料的第一成分的物质量份额至少如在p侧封闭层中那样大。
第一成分的物质量份额可以在n侧封闭层中和在p侧封闭层中同样大。还可以设想，n侧封闭层中的第一成分的物质量份额具有与在p侧封闭层中不同的值。一个/多个阻挡层中半导体材料的第一成分的物质量份额优选至少如n侧封闭层中和p侧封闭层中的第一成分的物质量份额中的较大物质量份额那样大。
一个或多个阻挡层中半导体材料的第一成分的物质量份额例如具有这样的值，该值处于量子阱层中第一成分的物质量份额与n侧封闭层中和p侧封闭层中第一成分的物质量份额中较大物质量份额之间。在另一构型中，n侧封闭层中、一个或多个阻挡层中以及p侧封闭层中半导体材料的第一成分的物质量份额同样大。
在当前的上下文中，两个层中的第一成分的“同样大的物质量份额”被理解为，这些层之间的第一成分的物质量份额——尤其是在各自层的厚度上被平均的物质量份额相差5%或更少。换句话说，两个层中第二层中的物质量份额处在两个层中第一层中的物质量份额的0.95倍与第一层中的物质量份额的1.05倍之间。优选地，该物质量份额相差1%或更少，特别优选地相差0.5%或更少。
有利地，可以通过这种方式进一步减小前向电压。例如可以减小相对于以下半导体本体的前向电压，在该半导体本体中（一个或多个）阻挡层不包含半导体本体的第一成分，或者该半导体本体在两个相继的量子阱层之间具有多个阻挡层，这些阻挡层具有不同的第一成分份额。
根据一个构型，n导通层具有p侧边缘区域并且n侧封闭层具有n侧边缘区域。n导通层的p侧边缘区域和n侧封闭层的n侧边缘区域彼此接界。它们尤其是具有共同的界面。n导通层的p侧边缘区域和n侧封闭层的n侧边缘区域例如用n掺杂物来掺杂。所述n掺杂物例如是硅。n掺杂物在n侧封闭层的n侧边缘区域下方的n导通层的p侧边缘区域中例如以大于或等于5×1018原子/cm3的浓度存在。n掺杂物的浓度例如在5×1018原子/cm3与5×1019原子/cm3之间，其中这些边界是包含在内的。借助于n掺杂物，尤其是在n导通层与n侧封闭层之间构造的压电势垒有利地降低，从而半导体本体的前向电压进一步减小。
在另一构型中，n侧封闭层具有p侧边缘区域，该p侧边缘区域与单个的量子阱层或与层堆叠接界——尤其是与第一量子阱层具有共同的界面——并且标称上未掺杂。通过这种方式，减小了n掺杂物损害量子阱结构的发射特性和/或辐射接收特性的风险。
边缘区域“标称上未掺杂”在当前的上下文中被理解为，该边缘区域未被掺杂或者被少量地n掺杂。在此，“少量地n掺杂”表示，n掺杂物的浓度是如n掺杂区域中、尤其是n侧封闭层的n掺杂的边缘区域中的n掺杂物浓度的最高0.1倍那样多、优选最高0.05倍那样多并且尤其是最高0.01倍那样多。例如，标称上未掺杂区域中的n掺杂物浓度小于或等于1×1018原子/cm3、优选小于或等于5×1017原子/cm3、尤其是小于或等于1×1017原子/cm3。
在一个构型中，n侧封闭层具有大于或等于10nm、例如大于或等于50nm的层厚度。在一个扩展中，p侧边缘区域具有大于或等于10nm、优选大于或等于50nm的层厚度。这种层厚度对于前向电压的降低是特别有利的。
在一个扩展中，n侧封闭层具有小于或等于120nm的层厚度。在n侧封闭层的层厚度较大的情况下，提高了在制造量子阱结构时不能实现令人满意的晶体质量的风险。
在一个构型中，半导体材料的第一成分由In构成。半导体材料的第二成分例如由氮和由Al和Ga构成的组中的至少一种材料构成。所述半导体材料例如是InxAlyGa1-x-yN。由In构成的第一成分例如在n侧封闭层中具有x≥0.05的份额。份额x尤其是对应于In的物质量份额或者是至少与其成比例。
在一个构型中，n导通层不包含半导体材料的第一成分。在另一构型中，p导通层不包含半导体材料的第一成分。在这些构型中，n导通层和/或p导通层尤其是由半导体材料的第二成分构成。
在另一构型中，所述半导体材料的第一成分的物质量份额在n侧封闭层的n侧边缘区域内在从n导通层通向层堆叠——或在单重量子阱结构的情况下通向单个量子阱层——的方向上连续地或者分多个级地升高。所述压电势垒通过这种方式特别弱地构造，从而可实现的前向电压是特别小的。
附图说明
光电子半导体本体的其他优点以及有利的构型和扩展从下面的、结合附图描述的实施例中得出。
图1A示出穿过根据第一实施例的光电子半导体本体的示意性横截面图，
图1B示出根据图1A的实施例的半导体本体中的半导体材料第一成分的份额的示意性表示，
图2A示出穿过根据第二实施例的光电子半导体本体的示意性横截面图，
图2B示出根据图2B的光电子半导体本体中的半导体材料第一成分的份额的示意性表示，以及
图3示出根据第一实施例的光电子半导体本体的与n侧封闭层的层厚度有关的前向电压。
具体实施方式
在实施例和附图中，相同或相似的元件以及起相似作用的元件配备有相同的附图标记。附图不应视作是比例正确的。更确切地说，各个元件、例如层可以夸大地、尤其是夸张地厚地示出，以利于理解和/或可表示性。
图1A示出穿过根据第一实施例的光电子半导体本体的示意性横截面图。
该光电子半导体本体由半导体材料InxAlyGa1-x-yN构成。该光电子半导体本体包含n导通层1，该n导通层1当前是用硅作为n掺杂物来掺杂的GaN层。在与n导通层1相对的侧上，该半导体本体具有p导通层5。
该p导通层5在当前的实施例中具有多层结构。在远离n导通层1的方向上，该p导通层5首先具有未掺杂的GaN层51。该未掺杂的GaN层51与p掺杂的AlGaN层52接界。在p掺杂的AlGaN层52的背向n导通层1的侧上施加有p掺杂的GaN层53。p掺杂的AlGaN层52和/或p掺杂的GaN层53例如用镁作为p掺杂物来掺杂。但是，n导通层5的构造不限于该多层结构。
在n导通层1与p导通层5之间布置有多重量子阱结构。该多重量子阱结构由n侧封闭层2、层堆叠3和p侧封闭层4构成。
n侧封闭层2在背向层堆叠3的侧与n导通层1接界。p侧封闭层4在背向层堆叠3的侧与n导通层5、当前是GaN层51接界。
层堆叠3当前由三个量子阱层31和两个阻挡层32构成。但是，该层堆叠还可以包含其他数量n的量子阱层31，即n=2或n≥4。于是，层堆叠包含n-1个阻挡层32。
在n导通层1至p导通层5的方向上，量子阱层31和阻挡层32分别交替地相继跟随。层堆叠3在通向n导通层1的方向上和在通向p导通层5的方向上分别由量子阱层31封闭。
通过这种方式，在每两个相继的量子阱层31之间恰好布置有一个阻挡层32。阻挡层32在n侧上、即在通向n导通层1的方向上与两个相继的量子阱层31中的第一个接界。阻挡层32在p侧上、即在通向p导通层5的方向上与两个相继的量子阱层31中的第二个接界。
n层封闭层2在p侧上与层堆叠3的第一个量子阱层31接界。P侧封闭层4在n侧上与层堆叠3的最后一个量子阱层31接界。
还可以设想，光电子半导体本体替代于层堆叠3而包含单个的量子阱层31。在这种情况下，该单个的量子阱层具有例如5nm或更大、优选10nm或更大的层厚度。如果半导体本体包含单个的量子阱层31，则尤其是n侧封闭层2在p侧上并且p侧封闭层4在n侧上与该单个的量子阱层31接界。半导体本体在这种情况下尤其是不包含在封闭层2、4与单个的量子阱层31之间的阻挡层32。
图1B示出半导体本体的半导体材料的由In构成的第一成分的份额x与在半导体本体中的位置H的关系。位置H在此尤其是说明，在从n导通层1向p导通层5看的方向上距n导通层1的n侧主面的距离。图1A和1B关于位置H等比例地绘制，从而图1B中H轴上的每个位置都对应于图1A的层构造中相同高度处的水平面。
半导体材料的由In构成的第一成分的份额x在量子阱层31中比在阻挡层32、n侧封闭层2和p侧封闭层4中大。n导通层1和p导通层5当前——至少标称上——不包含铟。
半导体材料的由In构成的第一成分的份额x在n侧封闭层2、阻挡层32和p侧封闭层4中同样高。该成分x例如为0.05≤x≤0.25，例如x=0.05。
铟份额x在n导通层1与n侧封闭层2之间的界面处的变化在那里由于压电场而引起具有第一能量的载流子势垒。通过这种方式，在n侧封闭层2与第一量子阱层31之间的界面处存在具有第二能量的势垒。
与本专业常见的光电子半导体本体不同，借助于n侧封闭层，铟份额已经在第一量子阱层31的n侧上有所提高。该铟份额在n侧封闭层32与第一量子阱层之间也不会再次降低。因此，在n侧封闭层2与层堆叠3的第一量子阱层31之间，铟份额x的跳跃在当前的半导体本体情况下是比较小的。
由于在n导通层1和n侧封闭层2之间界面处的第一势垒与n层封闭层2和第一量子阱层31之间界面处的第二势垒之间的空间分隔，要由载流子从n导通层1直至第一量子阱层31克服的整个势垒是特别小的。类似地，这种情况也适用于层堆叠3的p侧处的、在与p侧封闭层4接界的最后一个量子阱层31与p侧封闭层4和p导通层5之间的界面之间的载流子势垒。
在该实施例的一个变型中，份额x在阻挡层32中比在n侧封闭层2中并且比在p侧封闭层4中大。这在图1B中用虚线7表明。通过这种方式，可以在各个量子阱层31上实现特别有利的、尤其是特别均匀的载流子分布。尤其是可以实现各个量子阱层31之间的特别小的压电势垒。
发明人已经确定，当阻挡层32中的铟份额x至少如在n侧封闭层2中和在p导通封闭层4中那样大，例如当铟份额x在n侧封闭层2中、在p导通封闭层4中和在阻挡层32中同样大时，可实现的前向电压是特别小的。在相继的、例如具有较小铟含量或者不具有铟的量子阱层31之间的附加阻挡层将会不利地提高半导体本体的前向电压。
发明人已经确定，前向电压Uf随着n侧封闭层2的厚度d增加而降低。这对于在波长为480nm时以发射最大值来发射电磁辐射的光电子半导体本体来说在图3中示例性示出。
前向电压Uf从在n侧封闭层2的层厚度d为20nm时的2.88V一直下降到层厚度d约为115nm时的2.80V的前向电压Uf。具有发射最大值的相同波长的传统InAlGaN半导体本体具有约为3.0V至3.3V的前向电压。
层厚度d优选小于或等于120nm，优选小于或等于100nm。发明人已经确定，在n侧封闭层2的层厚度d较大的情况下，多重量子阱结构的晶体质量受到损害的风险升高。
与图1A和1B中的第一实施例的图示类似，图2A和2B示出穿过根据第二实施例的光电子半导体本体的示意性横截面图以及与在半导体本体中的位置H有关的铟份额x。
根据第二实施例的半导体本体与第一实施例的半导体本体的区别在于，n侧封闭层2具有用诸如硅的n掺杂物掺杂的n侧边缘区域22并且具有标称上未掺杂的p侧边缘区域21。
该标称上未掺杂的p侧边缘区域21与层堆叠3的第一量子阱层31接界。n侧边缘区域22布置在n侧封闭层2的背向层堆叠3的侧上并且与n导通层1的p侧边缘区域11接界。
n导通层2的p侧边缘区域11同样用n掺杂物、例如硅来n掺杂。当前，例如在第一实施例中，整个n导通层1用硅作为n掺杂物来掺杂。
在n导通层1的p侧边缘区域11和n侧封闭层2的n侧边缘区域22中，n掺杂物以5×1018原子/cm3与5×1019原子/cm3之间的浓度存在，其中这些边界是包含在内的。
发明人已经确定，借助于n侧封闭层2的n侧边缘区域22的n掺杂，具有能量的载流子势垒可以在n导通层1与n侧封闭层2之间的界面处、即当前在n导通层1的p侧边缘区域11与n侧封闭层2的n侧边缘区域22之间的界面处被有利地进一步减小。例如在这样的光电子半导体本体的情况下——其中n侧封闭层2具有d=20nm的层厚度并且该光电子半导体本体在480nm的波长下具有发射最大值（相应于2.58电子伏特的能隙），与第一实施例相比，前向电压Uf可以从2.88V减小到例如2.83V。
在该实施例的一个变型中，在n侧封闭层2的n掺杂的n侧边缘区域22内，铟份额x在从n导通层1通向层堆叠3的方向上连续升高，如在图2B中通过点状线6表明的那样。通过这种方式，可以进一步减小具有能量的载流子势垒。
本专利申请要求德国专利申请102009034588.4和102009040438.4的优先权，它们的公开内容通过回引结合于此。
本发明不由于根据实施例的描述而限制于这些实施例。更确切地说，本发明包括每种新的特征以及特征的每种组合，即使当该特征或该组合未在实施例或权利要求中明确说明时也是如此。
Claims (16)
1.一种光电子半导体本体，其包含由第一成分和与第一成分不同的第二成分组成的半导体材料并且具有布置在n导通层（1）和p导通层（5）之间的多重量子阱结构，该多重量子阱结构由以下各项构成
- 由多个量子阱层（31）和至少一个阻挡层（32）构成的层堆叠（3），其中在每两个相继的量子阱层（31）之间布置有阻挡层（32），该阻挡层与两个量子阱层（31）接界；
- 与层堆叠（3）和n导通层（1）接界的n侧封闭层（2）；和
- 布置在层堆叠（3）与p导通层（4）之间并且与层堆叠（3）接界的p侧封闭层（4），其中半导体材料的第一成分以In构成，以及其中半导体材料的第一成分的物质量份额（x）
- 在量子阱层（31）的每一个中比在n侧封闭层（2）中、在至少一个阻挡层（32）中和在p侧封闭层（4）中大；并且
- 在n侧封闭层（2）中比在n导通层（1）中大，并且在p侧封闭层（4）中比在p导通层（5）中大，以及
其中n导通层（1）具有p侧边缘区域（11），该p侧边缘区域与n侧封闭层（2）的n侧边缘区域（22）接界，并且n导通层（1）的p侧边缘区域（11）和n侧封闭层（2）的n侧边缘区域（22）用n掺杂物来掺杂。
2.根据权利要求1的光电子半导体本体，其中n侧封闭层（2）具有p侧边缘区域（21），该p侧边缘区域与层堆叠（3）直接接界并且标称上未掺杂。
3.根据权利要求1或2之一的光电子半导体本体，其中半导体材料的第一成分的物质量份额（x）在至少一个阻挡层（32）中至少如在n侧封闭层（2）中那样大。
4.根据权利要求1或2之一的光电子半导体本体，其中半导体材料的第一成分的物质量份额（x）在至少一个阻挡层（32）中至少如在p侧封闭层（4）中那样大。
5.根据权利要求1或2之一的光电子半导体本体，其中半导体材料的第一成分的物质量份额（x）在n侧封闭层（2）中、在至少一个阻挡层（32）中以及在p侧封闭层（4）中同样大。
6.一种光电子半导体本体，其包含由第一成分和与第一成分不同的第二成分组成的半导体材料并且具有布置在n导通层（1）和p导通层（5）之间的单重量子阱结构，该单重量子阱结构由以下各项构成
- 单个的量子阱层（31）；
- 与量子阱层（31）和n导通层（1）接界的n侧封闭层（2）；和
- 布置在量子阱层（3）与p导通层（4）之间并且与量子阱层（31）接界的p侧封闭层（4），
其中半导体材料的第一成分以In构成，以及其中半导体材料的第一成分的物质量份额（x）
- 在量子阱层（31）中比在n侧封闭层（2）中和在p侧封闭层（4）中大；并且
- 在n侧封闭层（2）中比在n导通层（1）中大，并且在p侧封闭层（4）中比在p导通层（5）中大，
其中n导通层（1）具有p侧边缘区域（11），该p侧边缘区域与n侧封闭层（2）的n侧边缘区域（22）接界，并且n导通层（1）的p侧边缘区域（11）和n侧封闭层（2）的n侧边缘区域（22）用n掺杂物来掺杂。
7.根据权利要求1或6之一的光电子半导体本体，其中n侧封闭层（2）具有p侧边缘区域（21），该p侧边缘区域与层堆叠（3）或与单个的量子阱层（31）直接接界并且标称上未掺杂。
8.根据权利要求1或6之一的光电子半导体本体，其中n侧封闭层（2）具有大于或等于10nm的层厚度（d）。
9.根据权利要求8的电子半导体本体，其中所述的层厚度（d）大于或等于50nm。
10.根据权利要求6的光电子半导体本体，其中n侧封闭层（2）的p侧边缘区域（21）具有大于或等于10nm的层厚度。
11.根据权利要求1或6之一的光电子半导体本体，其中半导体材料的第二成分包含氮和由Al和Ga构成的组中的至少一种材料。
12.根据权利要求11的光电子半导体本体，其中半导体材料是InxAlyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1以及x+y≤1，并且n侧封闭层中的由In构成的第一成分具有x≥0.05的份额。
13.根据权利要求1或6之一的光电子半导体本体，其中n导通层（1）不具有半导体材料的第一成分。
14.根据权利要求1或6之一的光电子半导体本体，其中n掺杂物在n导通层（1）的p侧边缘区域（11）中和在n侧封闭层（2）的n侧边缘区域（22）中以大于或等于5×1018原子/cm3的浓度存在。
15.根据权利要求1或6之一的光电子半导体本体，其中第一成分的物质量份额（x）在n侧封闭层（2）内在远离n导通层（1）的方向上连续地或者分多个级地升高。
16.根据权利要求15的光电子半导体本体，其中第一成分的物质量份额（x）在n侧封闭层（2）的n侧边缘区域（22）内在远离n导通层（1）的方向上连续地或者分多个级地升高。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319742B1 (en) * | 1998-07-29 | 2001-11-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of forming nitride based semiconductor layer |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5276698A (en) * | 1990-09-20 | 1994-01-04 | Sumitomo Electric Ind., Ltd. | Semiconductor laser having an optical waveguide layer including an AlGaInP active layer |
| US5828684A (en) * | 1995-12-29 | 1998-10-27 | Xerox Corporation | Dual polarization quantum well laser in the 200 to 600 nanometers range |
| JP2001102690A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Toshiba Corp | 窒化物系半導体レーザ装置 |
| JP3453558B2 (ja) * | 2000-12-25 | 2003-10-06 | 松下電器産業株式会社 | 窒化物半導体素子 |
| US7058105B2 (en) * | 2002-10-17 | 2006-06-06 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Semiconductor optoelectronic device |
| KR100525545B1 (ko) * | 2003-06-25 | 2005-10-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| JP3857295B2 (ja) * | 2004-11-10 | 2006-12-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP2006324280A (ja) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2007019399A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
| JP2007080896A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体素子 |
| JP4341702B2 (ja) * | 2007-06-21 | 2009-10-07 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子 |
| KR101012514B1 (ko) * | 2007-08-20 | 2011-02-08 | 렌슬러 폴리테크닉 인스티튜트 | 질화물 반도체 발광소자 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319742B1 (en) * | 1998-07-29 | 2001-11-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of forming nitride based semiconductor layer |
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