CN107845707A - 含氮半导体元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含氮半导体元件，其包括第一型掺杂半导体层、多重量子阱层以及第二型掺杂半导体层。多重量子阱层包括多个能障层以及多个能阱层，这些能阱层与这些能障层交替排列。多重量子阱层位于第一型掺杂半导体层以及第二型掺杂半导体层之间，其中这些能阱层的其中之一与第二型掺杂半导体层连接。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体元件，且特别是有关于一种含氮半导体元件。
背景技术
在一般的半导体元件中，为了增加电子电洞结合的机率以及提高电子阻障，会在主动层与P型半导体层之间设置氮化铝铟镓(AlxInyGa1-x-yN)的四元半导体层，且此半导体层中可能会添加有高浓度的镁或碳。然而，如何进一步增强载子浓度并提升载子在主动层之间的结合效率仍是本领域技术人员主要努力的目标之一。
发明内容
本发明提供一种含氮半导体元件，其具有良好的质量以及发光效率。
本发明的实施例的含氮半导体元件包括第一型掺杂半导体层、多重量子阱层、第二型掺杂半导体层。多重量子阱层包括多个能障层以及多个能阱层，这些能阱层与这些能障层交替排列。多重量子阱层位于第一型掺杂半导体层以及第二型掺杂半导体层之间，其中这些能阱层的其中之一与第二型掺杂半导体层连接。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层包括连接多重量子层的第一氮化铝铟镓层，且第一氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁，且镁在第一氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1019cm-3。
在本发明的一实施例中，上述的铝在第一氮化铝铟镓层中以相同的浓度分布。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3。
在本发明的一实施例中，上述的铝在第一氮化铝铟镓层中的浓度自连接多重量子阱层的一侧往远离多重量子阱层的一侧增加。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的材质自Alx1Iny1Ga1-x1-y1变化至Alx2Iny2Ga1-x2-y2，0≦x1,x2＜0.5，0≦y1,y2＜0.3，x1＜x2。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的厚度落在0.1纳米至20纳米的范围。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层还包括一第二氮化铝铟镓层，第一氮化铝铟镓层配置于多重量子阱层与第二氮化铝铟镓层之间，第二氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物，且第二氮化铝铟镓层的第二型掺杂物浓度大于第一氮化铝铟镓层的第二型掺杂物浓度。
在本发明的一实施例中，上述的第二氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁、碳或二者，镁在第二氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1019cm-3，碳在第二氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1017cm-3，且碳在第二氮化铝铟镓层的浓度大于碳在第一氮化铝铟镓层的浓度。
在本发明的一实施例中，上述的铝在第二氮化铝铟镓层中以相同的浓度分布，或是以高低交错的浓度分布。
在本发明的一实施例中，上述的铝在第二氮化铝铟镓层中的浓度自连接第一氮化铝铟镓层的一侧往远离第一氮化铝铟镓层的一侧增加或减少。
在本发明的一实施例中，上述的第二氮化铝铟镓层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3。
在本发明的一实施例中，上述的第二氮化铝铟镓层的厚度落在0.1纳米至150纳米之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层还包括第三氮化铝铟镓层，第二氮化铝铟镓层配置于第一氮化铝铟镓层与第三氮化铝铟镓层之间，第三氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物。
在本发明的一实施例中，上述的第三氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁、碳或二者，镁在第三氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在第三氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1017cm-3。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第三氮化铝铟镓层中以相同的浓度分布，或是以高低交错的浓度分布。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第三氮化铝铟镓层中的浓度自连接第二氮化铝铟镓层的一侧往远离第二氮化铝铟镓层的一侧增加或减少。
在本发明的一实施例中，上述的第三氮化铝铟镓层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3。
在本发明的一实施例中，上述的第三氮化铝铟镓层的厚度落在0.1纳米至200纳米之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层还包括氮化镓层。氮化镓层掺杂有第二型掺杂物，且氮化镓层以及第一氮化铝铟镓层配置于第二型掺杂半导体层的两侧。
在本发明的一实施例中，上述的这些能阱层为掺杂有第一型掺杂物的氮化铟镓层，这些能障层为掺杂有第一型掺杂物的氮化镓层，且这些能阱层的材质为InxGa1-xN，0.01≦x＜0.5。连接第二型掺杂半导体层的能阱层的第一型掺杂物的浓度低于其余这些能阱层的第一型掺杂物的浓度。
在本发明的一实施例中，上述的这些能障层与这些能阱层的第一型掺杂物为硅。硅在连接第二型掺杂半导体层的能阱层的浓度大于1×1017cm-3，硅在其余多个能阱层的浓度大于3×1017cm-3，硅在多个能障层的浓度大于3×1017cm-3。
在本发明的一实施例中，上述的多个能阱层的厚度落在1纳米至6纳米的范围，多个能障层的厚度落在1纳米至20纳米的范围。
本发明的实施例的含氮半导体元件包括第一型掺杂半导体层、多重量子阱层以及第二型掺杂半导体层。多重量子阱层包括第一能障层、多个第二能障层以及多个能阱层。第一能障层的厚度小于这些第二能障层的厚度，且这些能阱层与第一能障层以及这些第二能障层交替排列。多重量子阱层位于第一型掺杂半导体层以及第二型掺杂半导体层之间，且第一能障层与第二型掺杂半导体层连接。
在本发明的一实施例中，上述的第一能障层的厚度落在0.1纳米至20纳米的范围。
在本发明的一实施例中，上述的第一能障层的材质包括氮化铝铟镓，第一能障层掺杂有第二型掺杂物。
在本发明的一实施例中，上述的第一能障层的第二型掺杂物是镁，且镁在第一能障层的掺杂浓度大于1×1019cm-3。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第一能障层中以相同的浓度分布。
在本发明的一实施例中，上述的第一能障层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第一能障层中的浓度自连接多个能阱层的其中之一的一侧往远离能阱层的一侧增加。
在本发明的一实施例中，上述的第一能障层的材质自Alx1Iny1Ga1-x1-y1变化至Alx2Iny2Ga1-x2-y2，0≦x1,x2＜0.5，0≦y1,y2＜0.3，x1＜x2。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层还包括连接第一能障层的第一氮化铝铟镓层。第一氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物，且第一氮化铝铟镓层的第二型掺杂物浓度大于第一能障层的第二型掺杂物浓度。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁、碳或二者。镁在第一氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1019cm-3，碳在第一氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1017cm-3，且碳在第一氮化铝铟镓层的浓度大于碳在第一能障层的浓度。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第一氮化铝铟镓层中以相同的浓度分布，或是以高低交错的浓度分布。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第一氮化铝铟镓层中的浓度自连接第一能障层的一侧往远离多重量子阱层的一侧增加或减少。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3。
在本发明的一实施例中，上述的第一氮化铝铟镓层的厚度落在0.1纳米至150纳米之间。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层还包括一第二氮化铝铟镓层。第一氮化铝铟镓层配置于第二氮化铝铟镓层与第一能障层之间，第二氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物。
在本发明的一实施例中，上述的第二氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁、碳或二者。镁在第二氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在第二氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1017cm-3。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第二氮化铝铟镓层中以相同的浓度分布，或是以高低交错的浓度分布。
在本发明的一实施例中，铝在上述的第二氮化铝铟镓层中的浓度自连接第一氮化铝铟镓层的一侧往远离第一氮化铝铟镓层的一侧增加或减少。
在本发明的一实施例中，上述的第二氮化铝铟镓层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3。
在本发明的一实施例中，上述的第二氮化铝铟镓层的厚度落在0.1纳米至200纳米的范围。
在本发明的一实施例中，上述的第二型掺杂半导体层包括一氮化镓层，氮化镓层掺杂有第二型掺杂物，且氮化镓层配置于第二型掺杂半导体层远离第一能障层的一侧。
在本发明的一实施例中，上述的多个能阱层以及多个第二能障层为掺杂有第一型掺杂物的氮化铟镓层。第一能障层为掺杂有第二型掺杂物的氮化镓层，且多个能阱层的材质为InxGa1-xN，0.01≦x＜0.5，且连接第一能障层的能阱层的第一型掺杂物的浓度低于其余多个能阱层的第一型掺杂物的浓度。
在本发明的一实施例中，上述的多个第二能障层与多个能阱层的第一型掺杂物为硅。硅在连接第一能障层的能阱层的浓度大于1×1017cm-3，硅在其余多个能阱层的浓度大于3×1017cm-3，硅在多个第二能障层的浓度大于3×1017cm-3。
在本发明的一实施例中，上述的多个能阱层的厚度落在1纳米至6纳米的范围，多个第二能障层的厚度落在1纳米至20纳米的范围。
基于上述，本发明的实施例的含氮半导体元件包括能阱层与第二型掺杂半导体层连接的多重量子层，因此可以提供更佳的发光效率。本发明的另一实施例的含氮半导体层元件包括厚度较薄的第一能障层与第二型掺杂半导体层连接，因此可以提供更佳的发光效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的第一实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。
图2是依照本发明的第二实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。
图3是依照本发明的第三实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。
图4是依照本发明的第四实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。
图5是依照本发明的第五实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。
图6是依照本发明的第六实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。
符号说明
100、100A、100B、200、200A、200B：含氮半导体元件
110、210：第一型掺杂半导体层
120、220：多重量子阱层
121：能障层
221：第一能障层
223：第二能障层
122、122A、222：能阱层
130、230：第二型掺杂半导体层
131、132、133、231、232：氮化铝铟镓层
139、239：氮化镓层
具体实施方式
图1是依照本发明的第一实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。请参照图1，在本发明的第一实施例中，含氮半导体元件100例如可以作为发光半导体元件或是高功率半导体元件(power device)，其包括第一型掺杂半导体层110、多重量子阱层120、第二型掺杂半导体层130。多重量子阱层120包括多个能障层121以及多个能阱层122，这些能阱层122与这些能障层121交替排列。详细来说，在本实施例的多重量子阱层120中，能阱层122配置于两个能障层121之间，且这些能阱层122的其中之一以及这些能障层121的其中之一配置于多重量子阱层120的相对两侧。
请参照图1，多重量子阱层120位于第一型掺杂半导体层110以及第二型掺杂半导体层130之间，其中这些能阱层122中的能阱层122A与第二型掺杂半导体层130连接，亦即上述配置于多重量子阱层120的一侧的能阱层122A与第二型掺杂半导体层130连接。
由上述可知，本实施例的多重量子阱层120中邻近第二型掺杂半导体层130的一侧配置有能阱层122A，因此来自第二型掺杂半导体层130的载子可以更有效率地进入多重量子阱层120。
具体而言，本实施例的第一型掺杂半导体层110例如是用以提供电子的n型掺杂半导体层，第二型掺杂半导体层130例如是用以提供电洞的p型掺杂半导体层。由于多重量子阱层120中用以连接第二型掺杂半导体层130的一侧配置有能阱层122A，因此来自第二型掺杂半导体层130的电洞可以更有效率地进入多重量子阱层120，进而提升多重量子阱层120中的电子电洞的结合效率。换句话说，本实施例的多重量子阱层120可以使含氮半导体元件100具有更佳的电性连接效果以及发光效率。
请参照图1，在本实施例中，第二型掺杂半导体层130包括连接多重量子层120的第一氮化铝铟镓层131，且第一氮化铝铟镓层131掺杂有第二型掺杂物。因此，第一氮化铝铟镓层131可以提供电洞，同时还可以作为能阱层122A的保护层。
进一步而言，本实施例的第一氮化铝铟镓层131的第二型掺杂物是镁，且镁在第一氮化铝铟镓层131的掺杂浓度大于1019cm-3。因此，第一氮化铝铟镓层131可以作为能阱层122A的保护层外，还可以注入电洞至多重量子阱层120。
在本实施例中，含氮半导体元件100的第一氮化铝铟镓层131的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3，且上述的铝在第一氮化铝铟镓层131中以相同的浓度分布，但本发明不限于此。
在本发明的其他实施例中，第一氮化铝铟镓层131的材质自Alx1Iny1Ga1-x1-y1变化至Alx2Iny2Ga1-x2-y2，0≦x1,x2＜0.5，0≦y1,y2＜0.3，x1＜x2，且铝在第一氮化铝铟镓层131中的浓度自连接多重量子阱层120的一侧往远离多重量子阱层120的一侧增加。
另一方面，本发明的第一实施例的第一氮化铝铟镓层131的厚度落在0.1纳米至20纳米的范围，但本发明不限于此。
本发明的第一实施例的第二型掺杂半导体层130还包括氮化镓层139。氮化镓层139掺杂有第二型掺杂物，且氮化镓层139以及第一氮化铝铟镓层131配置于第二型掺杂半导体层130的两侧。更具体而言，上述氮化镓层139所掺杂的第二型掺杂物例如是镁，但本发明不限于此。
另一方面，本实施例的这些能阱层122为掺杂有第一型掺杂物的氮化铟镓层，这些能障层121为掺杂有第一型掺杂物的氮化镓层，且这些能阱层122的材质为InxGa1-xN，0.01≦x＜0.5。连接第二型掺杂半导体层130的能阱层122A的第一型掺杂物的浓度低于其余这些能阱层122的第一型掺杂物的浓度。因此，能阱层122A可以避免多重量子阱层120的第一型掺杂物与第二型掺杂半导体层130的第二型掺杂物互相混杂。
本实施例的这些能障层121与这些能阱层122的第一型掺杂物为硅。硅在连接第二型掺杂半导体层130的能阱层122A的浓度大于1×1017cm-3，硅在其余多个能阱层122的浓度大于3×1017cm-3，硅在多个能障层121的浓度大于3×1017cm-3。因此，多重量子阱层120的磊晶质量得以提升，含氮半导体元件100在邻近能阱层122A的区域也可以具有良好的发光效果。
另一方面，上述的多个能阱层122的厚度落在1纳米至6纳米的范围，多个能障层121的厚度落在1纳米至20纳米的范围，但本发明不限于此。
以下将列举其他实施例以作为说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2是本发明第二实施例的含氮半导体元件的剖面示意图。请参考图2，含氮半导体元件100A与含氮半导体元件100大致相似，惟二者主要差异之处在于：在本实施例中，含氮半导体元件100A的第二型掺杂半导体层130还包括第二氮化铝铟镓层132。
第一氮化铝铟镓层131配置于多重量子阱层120与第二氮化铝铟镓层132之间，第二氮化铝铟镓层132掺杂有第二型掺杂物，且第二氮化铝铟镓层132的第二型掺杂物浓度大于第一氮化铝铟镓层131的第二型掺杂物浓度。因此，第二氮化铝铟镓层132可以进一步提升多重量子阱层120的载子浓度，进而提升含氮半导体元件100A的整体发光效果。
具体而言，第二氮化铝铟镓层132的第二型掺杂物例如是镁、碳或二者，镁在第二氮化铝铟镓层132的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在第二氮化铝铟镓层132的掺杂浓度大于1×1017cm-3，且碳在第二氮化铝铟镓层132的浓度大于碳在第一氮化铝铟镓层131的浓度。因此，第二氮化铝铟镓层132中所掺杂的碳可以活化镁，进而提升第二型掺杂半导体层130的载子浓度。
在本实施例中，第二氮化铝铟镓层132的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3，且铝在第二氮化铝铟镓层132中以相同的浓度分布，但本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，铝在第二氮化铝铟镓层中更可以是以高低交错的浓度分布，或是自连接第一氮化铝铟镓层的一侧往远离第一氮化铝铟镓层的一侧增加或减少，本发明不限于此。
另一方面，第二氮化铝铟镓层132的厚度落在0.1纳米至150纳米之间，但本发明不限于此。
图3是本发明第二实施例的含氮半导体元件的剖面示意图。请参考图3，含氮半导体元件100B与含氮半导体元件100A大致相似，惟二者主要差异之处在于：在本实施例中，含氮半导体元件100B的第二型掺杂半导体层130还包括第三氮化铝铟镓层133。
第二氮化铝铟镓层132配置于第一氮化铝铟镓层131与第三氮化铝铟镓层133之间，且第三氮化铝铟镓层133掺杂有第二型掺杂物。第三氮化铝铟镓层133可以阻挡来自第一型掺杂半导体层110的载子，进而增加载子在多重量子阱层120的结合效率。
具体而言，第三氮化铝铟镓层133的第二型掺杂物是镁、碳或二者，镁在第三氮化铝铟镓层133的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在第三氮化铝铟镓层133的掺杂浓度大于1×1017cm-3。因此，第三氮化铝铟镓层133可以作为良好的电子阻挡层。
在本实施例中，第三氮化铝铟镓层133的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3，且铝在上述的第三氮化铝铟镓层133中以相同的浓度分布，但本发明不限于此。
在本发明的其他实施例中，第二型掺杂半导体层130的第三氮化铝铟镓层133的铝是以高低交错的浓度分布，或是自连接第二氮化铝铟镓层132的一侧往远离第二氮化铝铟镓层132的一侧增加或减少。
另一方面，在本发明的第三实施例中，第三氮化铝铟镓层133的厚度落在0.1纳米至200纳米之间。
图4是依照本发明的第四实施例的一种含氮半导体元件的剖面示意图。请参照图4，本发明的第四实施例的含氮半导体元件200包括第一型掺杂半导体层210、多重量子阱层220以及第二型掺杂半导体层230。多重量子阱层220包括第一能障层221、多个第二能障层223以及多个能阱层222。换句话说，第一能障层221以及这些第二能障层223的其中之一各自配置于多重量子阱层220的相对两侧。
请参照图4，第一能障层221的厚度小于这些第二能障层223的厚度，且这些能阱层222与第一能障层221以及这些第二能障层223交替排列。多重量子阱层220位于第一型掺杂半导体层210以及第二型掺杂半导体层230之间，且第一能障层221与第二型掺杂半导体层230连接。
由上述可知，本实施例的多重量子阱层220中连接第二型掺杂半导体层230的第一能障层221的厚度较小，因此来自第二型掺杂半导体层230的载子可以更有效率得进入多重量子阱层220。
具体而言，本实施例的第一型掺杂半导体层210例如是用以提供电子的n型掺杂半导体层，第二型掺杂半导体层220例如是用以提供电洞的p型掺杂半导体层。由于多重量子阱层120中用以连接第二掺杂半导体层220的一侧配置有第一能障层221，因此来自第二型掺杂半导体层220的电洞可以更有效率地经由第一能障层221进入多重量子阱层220，进而提升多重量子阱层220中的电子电洞的结合效率。换句话说，本实施例的多重量子阱层220可以使含氮半导体元件200具有更佳的电性连接效果以及发光效率。
请参照图4，本实施例的第一能障层221的厚度落在0.1纳米至20纳米的范围，且第一能障层221的材质包括氮化铝铟镓，第一能障层221掺杂有第二型掺杂物。因此，第一能障层221可以提供电洞，同时还会作为能阱层222的保护层。
进一步而言，本实施例的第一能障层221的第二型掺杂物是镁，且镁在第一能障层221的掺杂浓度大于1×1019cm-3。因此，第一能障层221可以作为能阱层222的保护层外，还可以注入电洞至能阱层222。
在本实施例中，第一能障层221的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3，铝在第一能障层221中以相同的浓度分布，但本发明不限于此。
在本发明的其他实施例中，第一能障层221的材质自Alx1Iny1Ga1-x1-y1变化至Alx2Iny2Ga1-x2-y2，0≦x1,x2＜0.5，0≦y1,y2＜0.3，x1＜x2，铝在第一能障层221中的浓度自连接多个能阱层222的其中之一的一侧往远离能阱层222的一侧增加。
第二型掺杂半导体层230包括氮化镓层239。氮化镓层239掺杂有第二型掺杂物，且氮化镓层239配置于第二型掺杂半导体层230远离第一能障层221的一侧。更具体而言，上述氮化镓层239所掺杂的第二型掺杂物例如是镁，但本发明不限于此。
另一方面，本实施例的这些能阱层222以及这些第二能障层223为掺杂有第一型掺杂物的氮化铟镓层。第一能障层221为掺杂有第二型掺杂物的氮化镓层。多个能阱层222的材质为InxGa1-xN，0.01≦x＜0.5。连接第一能障层221的能阱层222的第一型掺杂物的浓度低于其余多个能阱层222的第一型掺杂物的浓度。因此，可以避免多重量子阱层220的第一型掺杂物与第二型掺杂半导体层230的第二型掺杂物互相混杂。
本实施例的这些第二能障层223与这些能阱层222的第一型掺杂物为硅。硅在连接第一能障层221的能阱层222的浓度大于1×1017cm-3，硅在其余多个能阱层222的浓度大于3×1017cm-3，且硅在这些第二能障层223的浓度大于3×1017cm-3。
另一方面，上述的多个能阱层222的厚度落在1纳米至6纳米的范围，多个第二能障层223的厚度落在1纳米至20纳米的范围。
以下将列举其他实施例以作为说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图5是本发明第五实施例的含氮半导体元件的剖面示意图。请参考图5，含氮半导体元件200A与含氮半导体元件200大致相似，惟二者主要差异之处在于：在本实施例中，含氮半导体元件200A的第二型掺杂半导体层230还包括第一氮化铝铟镓层231。
第一氮化铝铟镓层231连接多重量子阱层220，第一氮化铝铟镓层231掺杂有第二型掺杂物，且第一氮化铝铟镓层231的第二型掺杂物浓度大于第一能障层221的第二型掺杂物浓度。因此，第一氮化铝铟镓层231可以进一步提升多重量子阱层220的载子浓度，进而提升含氮半导体元件200A的整体发光效果。
具体而言，第一氮化铝铟镓层231的第二型掺杂物例如是镁、碳或二者，镁在第一氮化铝铟镓层231的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在第一氮化铝铟镓层231的掺杂浓度大于1×1017cm-3，且碳在第一氮化铝铟镓层231的浓度大于碳在能障层221的浓度。因此，第一氮化铝铟镓层231中所掺杂的碳可以活化镁，进而提升第二型掺杂半导体层230的载子浓度。
在本实施例中，第一氮化铝铟镓层231的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3，且铝在第一氮化铝铟镓层231中以相同的浓度分布，但本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，铝在连接能障层的第一氮化铝铟镓层中更可以是以高低交错的浓度分布，或是自连接第一氮化铝铟镓层的一侧往远离第一氮化铝铟镓层的一侧增加或减少，本发明不限于此。
另一方面，第一氮化铝铟镓层231的厚度落在0.1纳米至150纳米之间，但本发明不限于此。
图6是本发明第六实施例的含氮半导体元件的剖面示意图。请参考图6，含氮半导体元件200B与上述的含氮半导体元件200A大致相似，惟二者主要差异之处在于：在本实施例中，含氮半导体元件200B的第二型掺杂半导体层230还包括第二氮化铝铟镓层232。
第一氮化铝铟镓层231配置于第二氮化铝铟镓层232与多重量子阱层220之间，且第二氮化铝铟镓层232掺杂有第二型掺杂物。第二氮化铝铟镓层232可以阻挡来自第一型掺杂半导体层210的载子，进而增加载子在多重量子阱层220的结合效率。
具体而言，第二氮化铝铟镓层232的第二型掺杂物是镁、碳或二者，镁在第二氮化铝铟镓层232的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在第二氮化铝铟镓层232的掺杂浓度大于1×1017cm-3。因此，第二氮化铝铟镓层232可以作为良好的电子阻挡层。
在本实施例中，第二氮化铝铟镓层232的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1，0≦x1＜0.5，0≦y1＜0.3，且铝在上述的第二氮化铝铟镓层232中以相同的浓度分布，但本发明不限于此。
在本发明的其他实施例中，第二型掺杂半导体层的第二氮化铝铟镓层的铝是以高低交错的浓度分布，或是自连接第一氮化铝铟镓层的一侧往远离第一氮化铝铟镓层的一侧增加或减少。
另一方面，在本发明的第六实施例中，第二氮化铝铟镓层232的厚度落在0.1纳米至200纳米之间。
综上所述，本发明的实施例的含氮半导体元件中，多重量子阱层的其中之一能阱层与第二型掺杂半导体层连接，因此多重量子阱层的载子浓度可以提升，进而让载子结合效率提升，并提供更佳的发光效率。本发明的另一实施例的含氮半导体层元件包括厚度较薄的第一能障层与第二型掺杂半导体层连接，因此可以提让更多载子通过第一能障层，进而让载子在多重量子阱层的结合效率可以提升，并提供更佳的发光效率。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以权利要求的为准。
Claims (10)
1.一种含氮半导体元件，包括：
一第一型掺杂半导体层；
一多重量子阱层，包括：
多个能障层；以及
多个能阱层，与所述多个能障层交替排列；以及
一第二型掺杂半导体层，所述多重量子阱层位于所述第一型掺杂半导体层以及所述第二型掺杂半导体层之间，其中所述多个能阱层的其中之一与所述第二型掺杂半导体层连接。
2.如权利要求1所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述第二型掺杂半导体层包括一连接所述多重量子层的第一氮化铝铟镓层，所述第一氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物。
3.如权利要求2所述的含氮半导体元件，其特征在于，铝在所述第一氮化铝铟镓层中的浓度自连接所述多重量子阱层的一侧往远离所述多重量子阱层的一侧增加或以相同的浓度分布。
4.如权利要求2所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述第二型掺杂半导体层还包括一第二氮化铝铟镓层，所述第一氮化铝铟镓层配置于所述多重量子阱层与所述第二氮化铝铟镓层之间，所述第二氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物，且所述第二氮化铝铟镓层的第二型掺杂物浓度大于所述第一氮化铝铟镓层的第二型掺杂物浓度。
5.如权利要求4所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述第二氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁、碳或二者，镁在所述第二氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在所述第二氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1017cm-3，且碳在所述第二氮化铝铟镓层的浓度大于碳在所述第一氮化铝铟镓层的浓度。
6.如权利要求4所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述第二型掺杂半导体层还包括一第三氮化铝铟镓层，所述第二氮化铝铟镓层配置于所述第一氮化铝铟镓层与所述第三氮化铝铟镓层之间，所述第三氮化铝铟镓层掺杂有第二型掺杂物。
7.如权利要求6所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述第三氮化铝铟镓层的第二型掺杂物是镁、碳或二者，镁在所述第三氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1019cm-3，碳在所述第三氮化铝铟镓层的掺杂浓度大于1×1017cm-3。
8.如权利要求2所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述第二型掺杂半导体层还包括一氮化镓层，所述氮化镓层掺杂有第二型掺杂物，且所述氮化镓层以及所述第一氮化铝铟镓层配置于所述第二型掺杂半导体层的两侧。
9.如权利要求1所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述多个能阱层为掺杂有第一型掺杂物的氮化铟镓层，所述多个能障层为掺杂有第一型掺杂物的氮化镓层，且连接所述第二型掺杂半导体层的所述能阱层的第一型掺杂物的浓度低于其余所述多个能阱层的第一型掺杂物的浓度。
10.如权利要求9所述的含氮半导体元件，其特征在于，所述多个能障层与所述多个能阱层的第一型掺杂物为硅，且硅在连接所述第二型掺杂半导体层的所述能阱层的浓度大于1×1017cm-3，硅在其余所述多个能阱层的浓度大于3×1017cm-3，硅在所述多个能障层的浓度大于3×1017cm-3。
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