CN102683526A - 氮化物系半导体发光结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氮化物系半导体发光结构，其包含P型氮化物系半导体层、N型氮化物系半导体层及氮化物系半导体主动层。所述氮化物系半导体主动层形成于P型氮化物系半导体层及N型氮化物系半导体层之间，其中氮化物系半导体主动层包含井层与障壁层交互积层而构成的多重量子井构造，上述主动层的障壁层中，靠近P型氮化物系半导体层侧的障壁层共掺杂有P型及N型离子。此外，氮化物系半导体主动层包含发光区及非发光区，发光区及非发光区皆由至少一障壁层与至少一井层所组成，每一个障壁层及井层彼此交互积层。

Description

氮化物系半导体发光结构
技术领域
本发明涉及一种半导体发光结构，特别涉及靠近P型半导体层侧的障壁层(barrier layer)共掺杂有P型及N型离子的氮化物系半导体发光结构。
背景技术
三五族氮化物半导体材料是目前发光组件的主流材料，由于其优异的材料特性，因此被广泛的应用在全彩显示器、发光二极管、半导体雷射等方面，特别是最近相当热门的白光LED及下一代DVD播放器。有鉴于此，不仅半导体主动层发光区的功效必须被最佳化，且整体装置的使用寿命及输出功率都必须被最大化。因此，本发明人研发一种改良式氮化物系半导体发光结构以改善现有技术多余应力残留的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种氮化物系半导体发光结构，其特征在于靠近P型半导体层侧的障壁层共掺杂有P型及N型离子。
根据本发明的上述目的，发明人提出一种氮化物系半导体发光结构，其包含：一P型氮化物系半导体层、一N型氮化物系半导体层及一氮化物系半导体主动层，该氮化物系半导体主动层形成于P型氮化物系半导体层及N型氮化物系半导体层之间。其中该氮化物系半导体主动层包含井层(well layer)与障壁层(barrier layer)交互积层而构成的多重量子井构造，其特征在于，上述主动层的障壁层中，靠近P型氮化物系半导体层侧的障壁层共掺杂有P型及N型离子，且靠近该N型氮化物系半导体层侧的障壁层的厚度大于靠近该P型氮化物系半导体层侧的障壁层的厚度。上述P型离子可为镁离子，N型离子可为硅离子。另外，靠近该N型氮化物系半导体层侧的障壁层掺杂有N型离子，且本发明与现有技术的差异还在于P型氮化物系半导体层不含铝离子。
值得一提的是，本发明的氮化物系半导体主动层还包含一发光区及一非发光区，其特色在于发光区及非发光区皆由至少一障壁层与至少一井层所组成，每一个障壁层及井层彼此交互积层，且该非发光区的该井层不掺杂离子。
本发明的氮化物系半导体发光结构还包含一基材及一缓冲层。其中，缓冲层形成于基材表体上，且N型氮化物系半导体层依序形成于缓冲层表体上。该N型氮化物系半导体层也可直接形成于基材表体上。
综上所述，根据本发明的氮化物系半导体发光结构，其可具有以下特点和有益效果：
(1)本发明的氮化物系半导体发光结构，其中靠近P型氮化物系半导体层的障壁层共掺杂有P型及N型离子；
(2)本发明的氮化物系半导体发光结构，其中P型氮化物系半导体层不含铝离子；
(3)本发明的氮化物系半导体发光结构，其中非发光区的结构能够使得制程中氮化物系半导体主动层多余的剪应力得以释放及整体电压得以被控制；
(4)本发明的氮化物系半导体发光结构，其中缓冲层可缓冲结构的应力，以使磊晶的效果得以提升。
附图说明
图1A为本发明的氮化物系半导体发光结构第一实施例的示意图。
图1B为本发明的氮化物系半导体发光结构的氮化物系半导体主动层的示意图。
图2为本发明的氮化物系半导体发光结构第二实施例的示意图。
结合附图在其上标记以下附图标记：
1-基材；2-缓冲层；3-低温GaN层；3’-GaN层；4-高温GaN层；5-N型氮化物系半导体层；6-氮化物系半导体主动层；61-非发光区；611-第一障壁层；612-井层；613-障壁层；62-发光区；621-最后障壁层；622-井层；623-障壁层；7-P型氮化物系半导体层。
具体实施方式
以下将结合相关附图，说明本发明的氮化物系半导体发光结构的实施例，为便于理解，下述实施例中的相同组件将以相同的符号标示来说明。
图1A及图1B分别为本发明氮化物系半导体发光结构第一实施例的示意图及本发明氮化物系半导体发光结构的氮化物系半导体主动层的示意图。如图1A所示，此氮化物系半导体发光结构包含：一P型氮化物系半导体层7、一N型氮化物系半导体层5及一氮化物系半导体主动层(Active layer)6。第一实施例的氮化物系半导体主动层6形成于P型氮化物系半导体层7及N型氮化物系半导体层5之间。另外，氮化物系半导体主动层6的障壁层中，靠近N型氮化物系半导体层5侧设置第一障壁层(First barrier layer)611，并于靠近P型氮化物系半导体层7侧设置最后障壁层(Last barrier layer)621。氮化物系半导体主动层6被P型氮化物系半导体层7与N型氮化物系半导体层5夹于其中。氮化物系半导体主动层6以一第一障壁层611与N型氮化物系半导体层5相邻，及以一最后障壁层621与P型氮化物系半导体层7相邻，该第一障壁层611的厚度大于该最后障壁层621的厚度，且最后障壁层621共掺杂有P型及N型离子。
具体而言，本发明的技术特征在于靠近P型氮化物系半导体层7侧的最后障壁层621同时共掺杂有P型及N型离子，例如该P型离子可为镁离子，该N型离子可为硅离子。其中，镁离子(正离子)移动后可留下一电洞，可使硅离子(负离子)填入该电洞。另外，靠近N型氮化物系半导体层5侧的第一障壁层611掺杂有N型离子，且本发明与现有技术的差异更在于P型氮化物系半导体层7不含铝离子。
进一步如图1A及图1B所示，其中本发明的氮化物系半导体主动层6还包含一发光区62及一非发光区61，发光区62及非发光区61皆由至少一障壁层611、613(621、623)与至少一井层(well layer)612(622)所组成，每一个障壁层611、613(621、623)及井层612(622)是彼此交互积层的。另外，每一个所述的井层612(622)的组成成分为氮化铟镓(InGaN)，而障壁层611、613(621、623)的组成成分为氮化镓(GaN)。这样，无论是发光区62或是非发光区61皆同时以障壁层-井层-障壁层不断的重复排列。此实施例仅为举例示意，但并非具限制性，实际的样态可依不同制程需求，而有不同数量的障壁层及井层结构。
发光区62或非发光区61所属的井层612(622)皆形成于两个障壁层611、613(621、623)之间，并且定义非发光区61位于最靠近N型氮化物系半导体层5侧的障壁层为第一障壁层611，相对的发光区62位于最靠近P型氮化物系半导体层7侧的障壁层为最后障壁层621。发光区62与非发光区61之间的差异不仅在于非发光区61的井层612不掺杂离子，并且非发光区61的障壁层611、613的厚度大于发光区62的障壁层621、623的厚度。这样，非发光区61的结构能够使得制程中氮化物系半导体主动层6多余的剪应力(shear stress)得以释放及整体电压得以被控制。
具体而言，如图1A所示，本发明的氮化物系半导体发光结构还包含一基材1及一缓冲层(Buffer layer)2。其中，缓冲层2形成于基材1表体上。并依序在缓冲层2上形成低温GaN层(Low Temperature undopedGaN layer)3、高温GaN层(High Temperature undoped GaN layer)4及N型氮化物系半导体层5。所谓低温GaN层3，其制程温度控制在摄氏1100-1150度，而高温GaN层4，其制程温度控制在摄氏1150-1200度。此外，低温GaN层3及高温GaN层4皆不掺杂有离子。该缓冲层2可缓冲结构的应力，以使磊晶的效果得以提升。
除此之外，图2为本发明的氮化物系半导体发光结构第二实施例的示意图。如图2所示，本实施例与第一实施例的差别仅在于其中低温GaN层3及高温GaN层4以一介于两者温度之间的GaN层3’来替代。即，该GaN层3’的制程温度介于摄氏1125-1175度之间。
综上所述，依据本发明的主要技术特征的实施样态不仅只在于此两个实施例，以上所述仅为最佳实施例的公开，而非用以限定本发明。任何未脱离本发明的精神与范畴，而进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的专利保护范围中。

Claims (8)

1.一种氮化物系半导体发光结构，包含：
一P型氮化物系半导体层；
一N型氮化物系半导体层；以及
一氮化物系半导体主动层，其形成于该P型氮化物系半导体层及该N型氮化物系半导体层之间，其特征在于，该氮化物系半导体主动层包含井层与障壁层交互积层而构成的多重量子井构造，该氮化物系半导体主动层的障壁层中，靠近该P型氮化物系半导体层侧的障壁层掺杂有P型离子及N型离子。
2.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，该P型氮化物系半导体层不含铝离子。
3.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，该P型离子为镁离子及该N型离子为硅离子。
4.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，该氮化物系半导体主动层包含一发光区及一非发光区。
5.如权利要求4所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，该发光区及该非发光区皆由至少一层该障壁层与至少一层该井层所组成。
6.如权利要求5所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，该非发光区的该井层不掺杂离子。
7.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，靠近该N型氮化物系半导体层侧的障壁层掺杂有N型离子。
8.如权利要求1所述的氮化物系半导体发光结构，其特征在于，靠近该N型氮化物系半导体层侧的障壁层厚度大于靠近该P型氮化物系半导体层侧的障壁层厚度。
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