CN107482097A - 氮化物半导体结构及半导体发光元件 - Google Patents
氮化物半导体结构及半导体发光元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107482097A CN107482097A CN201710702885.3A CN201710702885A CN107482097A CN 107482097 A CN107482097 A CN 107482097A CN 201710702885 A CN201710702885 A CN 201710702885A CN 107482097 A CN107482097 A CN 107482097A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- ingan
- type doping
- semiconductor structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 138
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 47
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 67
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 18
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 7
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 202
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 16
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 19
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N aluminum indium Chemical group [Al].[In] AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 alkyl indium Chemical compound 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 150000002258 gallium Chemical class 0.000 description 1
- 150000002259 gallium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明有关一种氮化物半导体结构及半导体发光元件。该氮化物半导体结构主要于基板上配置有第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层，于第一型掺杂半导体层与第二型掺杂半导体层间配置有发光层，发光层具有多重量子井结构，多重量子井结构包含多个彼此交替堆栈的井层及阻障层，且每两阻障层间具有一井层，阻障层为AlxInyGa1‑x‑yN，x及y满足0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，井层为InzGa1‑zN，0<z<1。该半导体发光元件至少包含上述氮化物半导体结构，及二相配合地提供电能的第一型电极与第二型电极。由此，可调整四元组成条件以提供晶格匹配的阻障层与井层，改善因晶格不匹配所产生的晶体缺陷现象。
Description
本发明专利申请是申请日为2013年1月25日，申请号为201310030319.4的名为“氮化物半导体结构及半导体发光元件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明有关于一种氮化物半导体结构及半导体发光元件，尤其是指一种于多重量子井结构中使用四元氮化铝铟镓的阻障层与三元氮化铟镓的井层的氮化物半导体结构及半导体发光元件，属于半导体技术领域。
背景技术
一般而言，氮化物发光二极管是将一缓冲层先形成于基板上，再于缓冲层上依序磊晶成长n型半导体层、发光层以及p型半导体层；接着，利用微影与蚀刻工艺移除部分的p型半导体层、部分的发光层，直至暴露出部分的n型半导体层为止；然后，分别于n型半导体层的暴露部分以及p型半导体层上形成n型电极与p型电极，而制作出发光二极管；其中，发光层具有氮化物半导体多重量子井结构(MQW)，而多重量子井结构包括以重复的方式交替设置的井层(well)和阻障层(barrier)，因为井层具有相对阻障层较低之能隙，使得在上述多重量子井结构中的每一个井层可以在量子力学上限制电子和电洞，造成电子和电洞分别从n型半导体层和p型半导体层注入，并在井层中结合，而发射出光粒子。
目前，在多重量子井结构中约有1至30层的井层或阻障层，阻障层通常系以氮化镓GaN的材料所形成，而井层是以氮化铟镓InGaN所组成；然而，上述的多重量子井结构由于氮化铟镓与氮化镓晶格间存在有约10-15％的晶格不匹配度，导致晶格间产生强大的应力作用，使得在多重量子井结构中有压电场(piezoelectric field)的产生，且于成长氮化铟镓的过程中，当铟含量愈高时，所产生的压电场也就愈大，对晶体结构的影响也就愈大，而随着成长的厚度愈厚时，所累积的应力也就愈大，当晶体结构成长至超过某一个临界厚度(critical thickness)，导致晶体结构无法再承受此应力作用时，则会产生较大的缺陷结构(例如V-形缺陷)，使得一般井层具有一定的厚度限制，一般约为3nm左右。
此外，上述的多重量子井结构也会因强大的极化电场作用的存在，而造成能带严重倾斜或弯曲，导致电子与电洞分开局限在井层的两侧，使得电子与电洞波函数(wavefunction)在空间上的重叠率降低，而降低电子与电洞的辐射再结合速率(radiativerecombination rate)及内部量子效率(IQE)。
鉴于上述现有的氮化物半导体发光元件在实际实施上仍具有多处的缺失，因此，研发出一种新型的氮化物半导体结构及半导体发光元件仍是本领域亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明主要目的为提供一种氮化物半导体结构，其于发光层中使用四元氮化铝铟镓的阻障层与三元氮化铟镓的井层以改善因晶格失配所产生的应力作用，使得井层具有3.5nm-7nm的厚度，同时可提供较佳的载子局限，以提升内部量子效率。
本发明的另一目的为提供一种半导体发光元件，其至少包含有上述的氮化物半导体结构，使得半导体发光元件获得良好的发光效率。
为达上述目的，本发明提供一种氮化物半导体结构，其主要于基板上配置有一第一型掺杂半导体层与一第二型掺杂半导体层，于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层间配置有一发光层，所述发光层具有多重量子井结构，且所述多重量子井结构包含多个彼此交替堆栈的井层及阻障层，且每两层所述阻障层间具有一所述井层，所述阻障层为AlxInyGa1-x-yN，其中x及y满足0<x<1，0<y<1，0<x+y<1的数值，而所述井层为InzGa1-zN，其中0<z<1。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述井层具有3.5nm-7nm的厚度。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述阻障层具有5nm-12nm的厚度；且优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述阻障层可掺杂有浓度为1016-1018cm-3的第一型掺质；使得阻障层可以减少载子遮蔽效应，以增加载子局限效应。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，可于所述发光层与所述第二型掺杂半导体层间可配置有一电洞提供层；更优选地，所述电洞提供层为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，且所述电洞提供层可掺杂有浓度大于1018cm-3的第二型掺质，例如为镁或锌，优选为镁，以增加电洞的浓度。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述电洞提供层可掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素，由此提供更多的电洞进入发光层，进而增加电子电洞的结合。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述电洞提供层的能隙大于多重量子井结构的井层的能隙，通过让电洞容易进入井层又防止电子逃脱，使得电子及电洞更容易局限在井层中，以增加电子电洞对覆合的机率。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，可于所述发光层与所述第一型掺杂半导体层间配置有一第一型载子阻隔层，且所述第一型载子阻隔层优选为AlxGa1-xN，其中0<x<1。
根据本发明的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述电洞提供层与所述第二型掺杂半导体层间配置有一第二型载子阻隔层，且所述第二型载子阻隔层优选为AlxGa1-xN，其中0<x<1。由此，利用含有铝的AlGaN的能带隙较GaN要高的特性，不仅可增加氮化物半导体的能带范围，亦使得载子可局限于多重量子井结构中，提高电子电洞覆合的机率，进而达到发光效率提升的功效。
本发明还提供一种半导体发光元件，其至少包含有：
一基板；
一第一型掺杂半导体层，其配置于所述基板上；
一发光层，其配置于所述第一型掺杂半导体层上，所述发光层具有多重量子井结构，所述多重量子井结构包含多个彼此交替堆栈的井层及阻障层，且每两层所述阻障层间具有一所述井层，所述阻障层为AlxInyGa1-x-yN，其中x及y满足0<x<1，0<y<1，0<x+y<1的数值，所述井层为InzGa1-zN，其中0<z<1；
一第二型掺杂半导体层，其配置于所述发光层上；
一第一型电极，其以欧姆接触配置于所述第一型掺杂半导体层上；以及
一第二型电极，其以欧姆接触配置于所述第二型掺杂半导体层上。
本发明的半导体发光元件至少包含如上述的氮化物半导体结构，以及二相配合地提供电能的第一型电极与第二型电极；由此，利用四元氮化铝铟镓的阻障层以及三元氮化铟镓的井层具有相同铟元素的特性，可调整四元组成条件以提供晶格匹配的组成，使得阻障层与井层的晶格常数较为相近，不仅可改善传统氮化铟镓的井层以及氮化镓的阻障层因晶格不匹配而产生的晶体缺陷现象，亦可改善因晶格失配所产生的应力作用，使得本发明的氮化物半导体结构的井层具有3.5nm-7nm的厚度，优选为4nm-5nm；同时，通过提高添加Al元素可提供阻障层较佳的载子局限，有效地将电子电洞局限于井层内，由此提升内部量子效率，使得半导体发光元件获得良好的发光效率。
再者，因四元氮化铝铟镓的阻障层以及三元氮化铟镓的井层可改善因晶格失配所产生的应力作用，进而有效降低多重量子井结构中压电场的产生，达到有效抑制压电效应及提升内部量子效率的功效，使得半导体发光元件可获得更佳的发光效率。
附图说明
图1为本发明的一优选实施例提供的氮化物半导体结构的剖面示意图。
图2为根据本发明的优选实施例提供的氮化物半导体结构所制作的半导体发光元件的剖面示意图。
主要组件符号说明：
1基板 2缓冲层
3第一型掺杂半导体层 31第一型电极
4第一型载子阻隔层
5发光层
51井层 52阻障层
6第二型载子阻隔层
7第二型掺杂半导体层 71第二型电极
8电洞提供层
具体实施方式
本发明的目的及其结构设计功能上的优点，将依据以下附图及优选实施例予以说明，以对本发明有更深入且具体的了解。
首先，在以下实施例的描述中，应当理解，当指出一层(或膜)或一结构配置在另一个基板、另一层(或膜)、或另一结构“上”或“下”时，其可“直接”位于其它基板、层(或膜)、或另一结构，亦或者两者间具有一个以上的中间层以“间接”方式配置，可参照附图说明每一层所在位置。
请参阅图1所示，其为本发明的一优选实施例提供的氮化物半导体结构的剖面示意图，其主要于基板1上配置有一第一型掺杂半导体层3与一第二型掺杂半导体层7，于第一型掺杂半导体层3与第二型掺杂半导体层7间配置有一发光层5，发光层5具有多重量子井结构，且多重量子井结构包含多个彼此交替堆栈的井层51及阻障层52，且每两阻障层52间具有一井层51，阻障层52由化学式AlxInyGa1-x-yN表示的四元材料所构成，其中x及y满足0<x<1，0<y<1，0<x+y<1的数值，而井层51由化学式InzGa1-zN表示的材料所构成，其中0<z<1，且井层51具有3.5nm-7nm的厚度，优选为4nm-5nm，而阻障层52具有5nm-12nm的厚度；其中阻障层52可掺杂有浓度为1016-1018cm-3的第一型掺质(例如为硅或锗)，使得阻障层52可以减少载子遮蔽效应，以增加载子局限效应。
此外，上述的氮化物半导体结构可于发光层5与第二型掺杂半导体层7间配置有一电洞提供层8，其中电洞提供层8为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，且电洞提供层8掺杂有浓度大于1018cm-3的第二型掺质，例如为镁或锌，优选为镁；再者，电洞提供层8可掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素，优选为碳，利用碳(4A族)取代五价的氮原子，使得电洞提供层8可具有高电洞浓度，由此提供更多的电洞进入发光层5，进而增加电子电洞的结合；再者，电洞提供层8的能隙大于多重量子井结构的井层51的能隙，由此可让电洞进入井层且又避免电子逃逸进入第二型掺杂半导体层7内。
另外，发光层5与第一型掺杂半导体层3间亦可配置有一第一型载子阻隔层4，且第一型载子阻隔层4优选是由化学式AlxGa1-xN表示的材料所构成，其中0<x<1；而电洞提供层8与第二型掺杂半导体层7间配置有一第二型载子阻隔层6，且第二型载子阻隔层6由化学式AlxGa1-xN表示的材料所构成，其中0<x<1；由此，利用含有铝的AlGaN的能带隙较GaN要高的特性，不仅可增加氮化物半导体的能带范围，亦使得载子可局限于多重量子井结构中，提高电子电洞覆合的机率，进而达到增加发光效率的功效。
再者，基板1与第一型掺杂半导体层3间可配置有一缓冲层2，缓冲层2是由化学式AlXGa1-xN表示的材料所构成，其中0<x<1；而缓冲层2是用以改善第一型掺杂半导体层3成长于异质基板1上所产生的晶格常数不匹配(lattice mismatch)的问题，且缓冲层2的材料亦可例如是GaN、InGaN、SiC、ZnO等，且其形成方法可例如是于400-900℃的温度下进行低温磊晶成长。
上述实施例的氮化物半导体结构于实际实施使用时，首先基板1的材料可例如是蓝宝石(sapphire)、硅、SiC、ZnO或GaN基板等，而第一型掺杂半导体层3的材料可例如为硅或锗掺杂的氮化镓系列材料，第二型掺杂半导体层7的材料则可例如为镁或锌掺杂的氮化镓系列材料，其中第一型掺杂半导体层3、第二型掺杂半导体层7形成的方法可例如是进行有机金属化学气相沉积法(metalorganic chemical vapor deposition；MOCVD)；而值得注意的，上述井层51与阻障层52优选的制作方法是利用有机金属蒸汽沉积法或分子束磊晶法(MBE)加以沉积，一般是使用含低烷基铟和镓化合物的气体混合物；所述阻障层52是于850-1000℃的温度沉积而形成，而所述井层51通常是在500-950℃的温度下形成；由此，由于多重量子井结构包含有氮化铝铟镓的阻障层52以及氮化铟镓的井层51，其具有相同的铟元素，使得阻障层52与井层51的晶格常数较为相近，可改善传统氮化镓的阻障层以及氮化铟镓的井层所造成的晶格不匹配而产生的晶体缺陷现象，且由于晶格间应力的产生主要是来由于材料间晶格常数的不匹配所造成的，由此亦可改善因晶格失配所产生应力作用，使得本发明的氮化物半导体结构的井层51具有3.5nm-7nm的厚度，优选为4nm-5nm。
再者，因四元氮化铝铟镓的阻障层52以及氮化铟镓的井层51可改善因晶格失配所产生应力作用，进而有效降低多重量子井结构中压电场的产生，使得能带弯曲与倾斜的现象得到相当程度的改善，进而达到有效抑制压电效应及提升内部量子效率的功效。
请参阅图2所示，上述的氮化物半导体结构可应用于半导体发光元件中，图2为根据本发明的优选实施例提供的氮化物半导体结构所制作的半导体发光元件的剖面示意图，所述半导体发光元件至少包含有：
一基板1；
一第一型掺杂半导体层3，其配置于基板1上；其中，第一型掺杂半导体层3的材料可例如为硅或锗掺杂的氮化镓系列材料；
一发光层5，其配置于第一型掺杂半导体层3上，发光层5具有多重量子井结构，而多重量子井结构包含多个彼此交替堆栈的井层51及阻障层52，且每两阻障层52间具有一井层51，阻障层52由化学式AlxInyGa1-x-yN表示的材料所构成，其中，x及y满足0<x<1，0<y<1，0<x+y<1的数值，而井层51由化学式InzGa1-zN表示的材料所构成，其中0<z<1，且井层51具有3.5nm-7nm的厚度，优选为4nm-5nm；
一第二型掺杂半导体层7，其配置于发光层5上，第二型掺杂半导体层7的材料可例如为镁或锌掺杂的氮化镓系列材料；
一第一型电极31，其以欧姆接触配置于第一型掺杂半导体层3上；以及
一第二型电极71，其以欧姆接触配置于第二型掺杂半导体层7上；其中，第一型电极31与第二型电极71相配合地提供电能，且可以下列材料、但不仅限于这些材料所制成：钛、铝、金、铬、镍、铂及其合金等；其制作方法为本领域技术人员所公知的，且并非本发明的重点，因此，不再本发明中加以赘述。
此外，发光层5与第一型掺杂半导体层3间可配置一由AlxGa1-xN材料所构成的第一型载子阻隔层4，其中0<x<1；而发光层5与第二型掺杂半导体层7间亦可配置一由AlxGa1-xN材料所构成的第二型载子阻隔层6，其中0<x<1；由此，利用含有铝的AlGaN的能带隙较GaN要高的特性，不仅可增加氮化物半导体的能带范围，亦使得载子可局限于多重量子井结构中，提高电子电洞覆合的机率，进而达到增加发光效率的功效。
再者，基板1与第一型掺杂半导体层3间可配置一由AlXGa1-xN所构成的缓冲层2，其中0<x<1，以改善第一型掺杂半导体层3成长于异质基板1上所产生的晶格常数不匹配的问题，且缓冲层2的材料亦可例如是GaN、InGaN、SiC、ZnO等。
由此，由上述的氮化物半导体结构实施说明可知，本发明的半导体发光元件通过四元氮化铝铟镓的阻障层52以及三元氮化铟镓的井层51具有相同铟元素的特性，利用调整四元组成条件以提供晶格匹配的组成，使得阻障层52与井层51的晶格常数较为相近，不仅可改善传统氮化镓的阻障层以及氮化铟镓的井层所造成的晶格不匹配而产生的晶体缺陷现象，且由于晶格间应力的产生主要是由于材料间晶格常数的不匹配所造成的，由此亦可改善因晶格失配所产生应力作用，使得本发明的氮化物半导体结构的井层51具有3.5nm-7nm的厚度，优选为4nm-5nm；同时，亦可提高添加Al元素以提供阻障层52较佳的载子局限，有效地将电子电洞局限于井层51内，由此提升内部量子效率，使得半导体发光元件获得良好的发光效率。
再者，因四元氮化铝铟镓的阻障层52以及三元氮化铟镓的井层51可改善因晶格失配所产生应力作用，进而有效降低多重量子井结构中压电场的产生，达到有效抑制压电效应及提升内部量子效率的功效，使得半导体发光元件可获得更佳的发光效率。
综上所述，本发明的氮化物半导体结构及半导体发光元件，的确能通过上述所揭露的实施例，达到所预期的使用功效。
上述所揭露的附图及说明，仅为本发明的优选实施例，并非为限定本发明的保护范围；本领域一般技术人员，依据本发明的特征，所做的其它等效变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氮化物半导体结构，包括：
一第一型掺杂半导体层；
一发光层，包括一多重量子井结构；
一InGaN基础的(InGaN based)第二型电洞提供层；以及
一第二型掺杂半导体层，其中该InGaN基础的第二型电洞提供层配置于该第二型掺杂半导体层与该发光层之间，而该发光层配置于该InGaN基础的第二型电洞提供层与该第一型掺杂半导体层之间，且该多重量子井结构包括交替堆叠的多个阻障层以及多个井层，
其中，该InGaN基础的电洞提供层中掺杂有浓度大于1018cm-3的第二型掺质以及掺杂有浓度大于1017cm-3的四族元素。
2.一种氮化物半导体结构，包括：
一第一型掺杂半导体层；
一发光层，包括一多重量子井结构；
一InGaN基础的(InGaN based)第二型电洞提供层；
一第二型掺杂半导体层，其中该InGaN基础的第二型电洞提供层配置于该第二型掺杂半导体层与该发光层之间，而该发光层配置于该InGaN基础的第二型电洞提供层与该第一型掺杂半导体层之间，且该多重量子井结构包括交替堆叠的多个阻障层以及多个井层；
一AlGaN基础的(AlGaN based)第一型载子阻障层，配置于该第一型掺杂半导体层与该发光层之间；以及
一AlGaN基础的(AlGaN based)第二型载子阻障层，配置于该第二型掺杂半导体层与该发光层之间，
其中，该InGaN基础的电洞提供层中掺杂有浓度大于1018cm-3的第二型掺质以及掺杂有浓度大于1017cm-3的四族元素。
3.一种氮化物半导体结构，包括：
一第一型掺杂半导体层；
一发光层；
一InGaN基础的(InGaN based)第二型电洞提供层；
一第二型掺杂半导体层，其中该InGaN基础的第二型电洞提供层配置于该第二型掺杂半导体层与该发光层之间，而该发光层配置于该InGaN基础的第二型电洞提供层与该第一型掺杂半导体层之间；以及
一AlGaN基础的(AlGaN based)第二型载子阻障层，配置于该第二型掺杂半导体层与该发光层之间，
其中，该InGaN基础的电洞提供层中掺杂有浓度大于1018cm-3的第二型掺质以及掺杂有浓度大于1017cm-3的四族元素。
4.如权利要求1或2所述的氮化物半导体结构，其中，该多重量子井结构的各该阻障层中掺杂有浓度介于1016～1018cm-3的第一型掺质。
5.如权利要求1或2所述的氮化物半导体结构，其中，該多重量子井結構的各該井層的厚度介於3.5nm至7nm之間，且該多重量子井結構的各該阻障層的厚度介於5nm至12nm之間。
6.如权利要求1所述的氮化物半导体结构，还包括一AlGaN基础的(AlGaN based)第二型载子阻障层，配置于该第二型掺杂半导体层与该发光层之间。
7.如权利要求1或3所述的氮化物半导体结构，还包括一AlGaN基础的(AlGaNbased)第一型载子阻障层，配置于该第一型掺杂半导体层与该发光层之间。
8.如权利要求1或2或3所述的氮化物半导体结构，其中，该InGaN基础的电洞提供层中的第二型掺质为镁，四族元素为碳。
9.如权利要求1或2所述的氮化物半导体结构，其中，該多重量子井結構的各該井層的材料包括含銦的氮化鎵材料。
10.如权利要求9所述的氮化物半导体结构，其中，该InGaN基础的电洞提供层之能隙大于该多重量子井结构之井层的能隙。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710702885.3A CN107482097A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710702885.3A CN107482097A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201310030319.4A CN103972343B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310030319.4A Division CN103972343B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107482097A true CN107482097A (zh) | 2017-12-15 |
Family
ID=51241626
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710702844.4A Expired - Fee Related CN107316924B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201710702885.3A Pending CN107482097A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201310030319.4A Expired - Fee Related CN103972343B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201710702864.1A Pending CN107516700A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710702844.4A Expired - Fee Related CN107316924B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
Family Applications After (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310030319.4A Expired - Fee Related CN103972343B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201710702864.1A Pending CN107516700A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (4) | CN107316924B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI668885B (zh) * | 2016-08-25 | 2019-08-11 | 億光電子工業股份有限公司 | 氮化物半導體元件及其製造方法與所應用之封裝結構 |
| DE102016123262A1 (de) * | 2016-12-01 | 2018-06-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1440578A (zh) * | 2000-07-03 | 2003-09-03 | 丰田合成株式会社 | Iii族氮化物半导体发光器件 |
| CN101461069A (zh) * | 2006-06-02 | 2009-06-17 | 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 | 多量子阱结构、发射辐射的半导体本体和发射辐射的器件 |
| CN101494265A (zh) * | 2008-07-17 | 2009-07-29 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 具有p型限制发射层的氮化物发光二极管 |
| CN102005513A (zh) * | 2009-08-28 | 2011-04-06 | 上海蓝宝光电材料有限公司 | 具有低温p型GaN层的氮化镓系发光二极管 |
| CN102474076A (zh) * | 2009-07-15 | 2012-05-23 | 住友电气工业株式会社 | Iii族氮化物半导体光元件、外延衬底 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6649287B2 (en) * | 2000-12-14 | 2003-11-18 | Nitronex Corporation | Gallium nitride materials and methods |
| KR100756841B1 (ko) * | 2006-03-13 | 2007-09-07 | 서울옵토디바이스주식회사 | ＡｌｘＧａ１－ｘＮ 버퍼층을 갖는 발광 다이오드 및 이의제조 방법 |
| CN101267008A (zh) * | 2007-03-16 | 2008-09-17 | 先进开发光电股份有限公司 | 具三族氮化合物半导体缓冲层的光电半导体组件和其制造方法 |
| US8686396B2 (en) * | 2007-05-08 | 2014-04-01 | Nitek, Inc. | Non-polar ultraviolet light emitting device and method for fabricating same |
| JP2009016467A (ja) * | 2007-07-03 | 2009-01-22 | Sony Corp | 窒化ガリウム系半導体素子及びこれを用いた光学装置並びにこれを用いた画像表示装置 |
| CN101645480B (zh) * | 2009-06-22 | 2012-05-30 | 华灿光电股份有限公司 | 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法 |
| CN102185056B (zh) * | 2011-05-05 | 2012-10-03 | 中国科学院半导体研究所 | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 |
| CN102214739A (zh) * | 2011-05-24 | 2011-10-12 | 中国科学院半导体研究所 | 一种氮化镓基发光二极管的外延粗化方法 |
| CN102214753A (zh) * | 2011-06-02 | 2011-10-12 | 中国科学院半导体研究所 | 应用石墨烯薄膜电流扩展层的氮化镓基垂直结构led |
-
2013
- 2013-01-25 CN CN201710702844.4A patent/CN107316924B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-01-25 CN CN201710702885.3A patent/CN107482097A/zh active Pending
- 2013-01-25 CN CN201310030319.4A patent/CN103972343B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-01-25 CN CN201710702864.1A patent/CN107516700A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1440578A (zh) * | 2000-07-03 | 2003-09-03 | 丰田合成株式会社 | Iii族氮化物半导体发光器件 |
| CN101461069A (zh) * | 2006-06-02 | 2009-06-17 | 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 | 多量子阱结构、发射辐射的半导体本体和发射辐射的器件 |
| CN101494265A (zh) * | 2008-07-17 | 2009-07-29 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 具有p型限制发射层的氮化物发光二极管 |
| CN102474076A (zh) * | 2009-07-15 | 2012-05-23 | 住友电气工业株式会社 | Iii族氮化物半导体光元件、外延衬底 |
| CN102005513A (zh) * | 2009-08-28 | 2011-04-06 | 上海蓝宝光电材料有限公司 | 具有低温p型GaN层的氮化镓系发光二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107316924A (zh) | 2017-11-03 |
| CN107316924B (zh) | 2019-07-02 |
| CN103972343B (zh) | 2017-09-22 |
| CN107516700A (zh) | 2017-12-26 |
| CN103972343A (zh) | 2014-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6589987B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| US20180269349A1 (en) | Nitride semiconductor structure | |
| JP2008244307A (ja) | 半導体発光素子および窒化物半導体発光素子 | |
| EP2743996A2 (en) | Nitride semiconductor light-emitting element having superior current spreading effect and method for manufacturing same | |
| TWI518945B (zh) | 漏電阻斷效果優秀的氮化物半導體發光器件及其製備方法 | |
| CN106129207A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管的外延片及制备方法 | |
| CN102077370A (zh) | Ⅲ族氮化物基化合物半导体发光器件及其制造方法 | |
| US8680564B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device | |
| US8759815B2 (en) | Nitride based semiconductor light emitting device | |
| CN111293198A (zh) | 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法 | |
| US20150060764A1 (en) | Nitride semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
| CN102544290B (zh) | 氮化物半导体发光二极管元件 | |
| KR20110019161A (ko) | 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법 | |
| KR100960277B1 (ko) | 3족 질화물 반도체 발광소자를 제조하는 방법 | |
| CN103972343B (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| KR100997908B1 (ko) | 3족 질화물 반도체 발광소자 | |
| JP2014183108A (ja) | 半導体発光素子の製造方法、及び半導体発光素子 | |
| US20200091374A1 (en) | Semiconductor Chip of Light Emitting Diode and Quantum Well Layer Thereof and Manufacturing Method Thereof | |
| JP2011066047A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP6482388B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| TWI610460B (zh) | 氮化物半導體結構 | |
| JP2014011167A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体装置およびその製造方法 | |
| TWI649896B (zh) | 氮化物半導體結構 | |
| TWI556467B (zh) | 氮化物半導體結構 | |
| KR20150121374A (ko) | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171215 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |