CN108321268A - 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
- CN108321268A CN108321268A CN201810451202.6A CN201810451202A CN108321268A CN 108321268 A CN108321268 A CN 108321268A CN 201810451202 A CN201810451202 A CN 201810451202A CN 108321268 A CN108321268 A CN 108321268A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- gallium nitride
- type semiconductor
- nitride
- 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 143
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 51
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 14
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 14
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims 17
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 17
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 166
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910019080 Mg-H Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 4
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 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
- 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
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 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(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 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
- H01L33/04—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
- H01L33/14—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- 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
- H01L33/14—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
- H01L33/145—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明有关于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包含一N型半导体层以及一P型半导体层，于N型半导体层与P型半导体层间配置有一发光层，发光层与P型半导体层间配置有一空穴提供层，空穴提供层为氮化铟镓InxGa1‑xN(0<x<1)，且空穴提供层掺杂有浓度为1017‑1020cm‑3的第四主族元素。该半导体发光元件于一基板上包含上述的氮化物半导体结构，以及二相配合地提供电能的N型电极与P型电极。通过掺杂第四主族元素可提高空穴浓度，并降低因Mg‑H键结所造成的不活化现象，使Mg活化而具有受体的有效作用，进而增加发光效率。
Description
本发明是2013年01月25日所提出的申请号为201310029644.9、发明名称为《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，尤其是指一种具有空穴提供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
近年来，发光二极管的应用面日趋广泛，已成为日常生活中不可或缺的重要元件；且发光二极管可望取代现今的照明设备，成为未来新世代的固态照明元件，因此发展高节能高效率及更高功率的发光二极管将会是未来趋势；氮化物LED由于具有元件体积小、无汞污染、发光效率高及寿命长等优点，已成为最新兴光电半导体材料之一，而第三主族氮化物的发光波长几乎涵盖了可见光的范围，更使其成为极具潜力的发光二极管材料。
第三主族氮化物如氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)以及氮化铝(AlN)等材料具有一宽能带间隙，在光电半导体元件中扮演相当重要的角色，其能带范围从直接带隙为0.7eV的InN，到3.4eV的GaN，甚至于6.2eV的AlN，发出的光波长范围从红、绿、蓝、到深紫外线；而第三主族氮化物半导体于作为发光元件上需要PN接合，具体而言，必须形成N型氮化物半导体层以及P型氮化物半导体层，而一般是以掺杂如Si或Sn等N型掺质以形成N型氮化物半导体层，而在形成P型氮化物半导体层上，一般是使用Mg作为P型掺质；然而，Mg容易与H键结，形成镁-氢复合物(Mg-H Complexes)，导致上述的P型掺质无法发挥受体的性质，造成提供的空穴浓度大幅地下降，使得发光元件无法发挥正常的效能，也因此具有低阻抗(low-resistance)的P型氮化物半导体层并不容易通过传统的技术来形成。
举例而言，在形成由P型氮化物所组成的半导体层(例如氮化镓)的时候，通常会使用NH3气体来作为氮的来源，于磊晶过程中(例如气相沉积等)，高温会使得NH3分解产生氮原子与氢原子，氢原子会与在上述半导体层中用来作为受体的P型掺质(例如Mg)形成键结，使得上述的P型掺质失去作用，导致掺杂浓度无法有效提升；再者，又由于镁在氮化镓中的活化能非常大，使得空穴活化的效率极低(不到10％)；所以P型氮化镓的空穴浓度难以提高；因此，为了得到高的空穴浓度，必须减少Mg和H结合，以使得P型氮化镓可以呈现出足够低的阻抗，进而达到更佳的发光效率。
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，本发明的主要目的为提供一种氮化物半导体结构，其通过空穴提供层掺杂第四主族元素来提高空穴浓度，并降低因Mg-H键结所造成的不活化现象，使Mg活化而具有受体的有效作用，进而使得空穴提供层具有更高空穴浓度，由此提供更多的空穴进入发光层，增加电子空穴结合的情况，以获得良好的发光效率。
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。
为达上述目的，本发明提供一种氮化物半导体结构，其包含一N型半导体层以及一P型半导体层，于所述N型半导体层与所述P型半导体层间配置有一发光层，所述发光层与所述P型半导体层间配置有一空穴提供层，所述空穴提供层为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，且所述空穴提供层掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素。
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，所述第四主族元素为碳。
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，所述空穴提供层掺杂有浓度大于1018cm-3的P型掺质。
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P型掺质为镁。
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，所述发光层具有多重量子井结构，且所述空穴提供层的能隙大于所述多重量子井结构的井层的能隙。
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，所述空穴提供层的厚度为1-100nm。
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，所述空穴提供层为氮化铟镓InxGa1-xN，其中x为0<x≤0.1。
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，所述空穴提供层与所述P型半导体层间配置有一P型载子阻隔层，且所述P型载子阻隔层由具有高于所述发光层的能隙的材料所制成。
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，所述发光层与所述N型半导体层间配置有一N型载子阻隔层，且所述N型载子阻隔层由具有高于所述发光层的能隙的材料所制成。
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，所述发光层与所述N型半导体层间配置有一N型载子阻隔层，且所述N型载子阻隔层由具有高于所述发光层的能隙的材料所制成。
在本发明中，该氮化物半导体结构包含一N型半导体层与一P型半导体层，于所述N型半导体层与所述P型半导体层间配置有一发光层，所述发光层与所述P型半导体层间配置有一空穴提供层，所述空穴提供层为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，优选地，x的数值范围为0<x≤0.1；此外，所述空穴提供层掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素，若第四主族元素掺杂浓度小于1017cm-3，无法具有空穴提供的效果，若第四主族元素掺杂浓度大于1020cm-3，则会产生阻值变高的问题，优选的掺杂浓度为8×1017-5×1018cm-3，其中，所述第四主族元素可例如为碳。
此外，上述的空穴提供层掺杂有浓度大于1018cm-3的P型掺质，且空穴提供层的厚度为1-100nm；其中P型掺质可例如为镁。
在本发明的一实施例中，多重量子井结构可由氮化铟镓的井层及氮化镓的阻障层交替堆栈所形成；且空穴提供层的能隙是大于多重量子井结构的井层的能隙，使得空穴可进入多重量子井结构的井层中，以增加电子与空穴结合机率，进一步提升发光效率。
另外，在本发明的一实施例中，空穴提供层与P型半导体层间可配置有一P型载子阻隔层(例如为P型氮化铝镓等)，且P型载子阻隔层由具有大于发光层的能隙的材料所制成，举例来说，当发光层为多重量子井结构时，则P型载子阻隔层的能隙大于多重量子井结构的阻障层的能隙，以避免电子逃逸进入P型半导体层内，具有减缓电子移动速率，并增加滞留于发光层时间的功效；而于发光层与N型半导体层间亦可配置有一N型载子阻隔层(例如为N型氮化铝镓等)，且N型载子阻隔层由具有大于发光层的能隙的材料所制成，同理，N型载子阻隔层由具有高于发光层的能隙的材料所制成，以避免空穴逃逸进入N型半导体层内，以提高电子空穴结合的机率。
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N型半导体层，其配置于所述基板上；
一发光层，其配置于所述N型半导体层上；
一空穴提供层，其配置于所述发光层上，所述空穴提供层为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，且所述空穴提供层掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素；
一P型半导体层，其配置于所述空穴提供层上；
一N型电极，其以欧姆接触配置于所述N型半导体层上；以及
一P型电极，其以欧姆接触配置于所述P型半导体层上。
本发明的半导体发光元件于一基板上包含上述的氮化物半导体结构，以及二相配合地提供电能的N型电极与P型电极；由此，空穴提供层的第四主族元素提高空穴浓度，并降低因Mg-H键结所造成的不活化现象，使Mg活化而具有受体的有效作用，进而使得空穴提供层具有更高的空穴浓度，由此提供更多的空穴进入发光层，以增加电子空穴结合的情况，以便半导体发光元件可呈现出足够低的阻抗，进而获得良好的发光效率。
再者，为解决因晶格差异所产生的磊晶差排现象，亦可于基板表面形成有一缓冲层，所述缓冲层为氮化铝镓AlGayN1-y的材料，其中0<y<1。
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。
附图标记说明：
1基板2N型半导体层
21N型电极3P型半导体层
31P型电极4发光层
5空穴提供层6P型载子阻隔层
7N型载子阻隔层8缓冲层
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，其包含有一N型半导体层2以及一P型半导体层3，于N型半导体层2与P型半导体层3间配置有一发光层4(active layer)，发光层4与P型半导体层3间配置有一空穴提供层5，空穴提供层5为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，优选的x的数值范围为0<x≤0.1；此外，空穴提供层5掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素(优选为碳)；于本实施例中，N型半导体层2是N型氮化镓系半导体层，而P型半导体层3是P型氮化镓系半导体层。
此外，上述的空穴提供层5掺杂有浓度大于1018cm-3的P型掺质(可例如为镁)，且空穴提供层5的优选厚度为1-100nm。
再者，上述的发光层4具有多重量子井结构(multiple quantum well，MQW)；其中，多重量子井结构可由氮化铟镓的井层(well)及氮化镓的阻障层(barrier)交替堆栈所形成；且空穴提供层5的能隙(bandgap energy)大于多重量子井结构的井层的能隙，使得空穴可进入于多重量子井结构的井层中，以增加电子与空穴结合机率，进一步提升发光效率。
另外，空穴提供层5与P型半导体层3间可配置有一P型载子阻隔层6，且P型载子阻隔层6由具有大于发光层4的能隙的材料所制成；于本实施例中，其为P型氮化铝镓(P-AlGaN)，以避免电子逃逸进入P型半导体层3内，其具有减缓电子移动速率，并增加滞留于发光层4的时间；而于发光层4与N型半导体层2间亦可配置有一N型载子阻隔层7，且N型载子阻隔层7由具有高于发光层4的能隙的材料所制成；于本实施例中，其为N型氮化铝镓(N-AlGaN)，由此避免空穴逃逸进入N型半导体层2内。
根据上述实施例的氮化物半导体结构于实际实施使用时，由于空穴提供层5掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素，利用第四主族元素取代五价的氮原子，由此多一个带正电空穴，使得空穴提供层可具有高空穴浓度，上述的第四主族元素可例如为碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)等，其中，优选为碳，其原因为：在磊晶的过程中，碳会与由氨气分解出的氢反应并形成稳定的化合物CH4，而脱离氮化物半导体，故H的含量降低，也连带使得Mg-H键结的情况因此降低，造成Mg具有离子型态的有效作用，因此，空穴提供层5可具有高空穴浓度，由此提供更多的空穴进入发光层4，进而增加电子空穴结合的情况。
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N型半导体层2，其配置于基板1上；
一发光层4，其配置于N型半导体层2上；其中，发光层4具有多重量子井结构；
一空穴提供层5，其配置于发光层4上，空穴提供层5为氮化铟镓InxGa1-xN，其中0<x<1，优选为0<x≤0.1；再者，空穴提供层5掺杂有浓度为1017-1020cm-3的第四主族元素(优选为碳)；其中，空穴提供层5的厚度优选为1-100nm，且可掺杂有浓度大于1018cm-3的P型掺质(可例如为镁)，且空穴提供层5的能隙大于多重量子井结构的井层的能隙；
一P型半导体层3，其配置于空穴提供层5上；
一N型电极21，其以欧姆接触配置于N型半导体层2上；以及
一P型电极31，其以欧姆接触配置于P型半导体层3上；其中，N型电极21、P型电极31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，而其制作方法为本领域一般技术人员所公知的，且并非本发明的重点，因此，不再本发明中加以赘述。
此外，空穴提供层5与P型半导体层3间可配置有一P型载子阻隔层6，而于发光层4与N型半导体层2间配置有一N型载子阻隔层7，且N型载子阻隔层7、P型载子阻隔层6皆由具有高于发光层4的能隙的材料所制成；再者，为解决因晶格差异所产生的磊晶差排现象，亦可于基板1表面形成有一缓冲层8，缓冲层8为氮化铝镓AlGayN1-y的材料，其中0<y<1。
由此，由上述氮化物半导体结构的实施说明可知，本发明的半导体发光元件是通过空穴提供层5的第四主族元素掺质降低因Mg-H键结所造成的不活化现象，使Mg活化而具有受体的有效作用，进而使得空穴提供层5具有高空穴浓度，提供更多的空穴进入发光层，增加电子空穴结合的情况，以便半导体发光元件可呈现出足够低的阻抗，进而获得良好的发光效率。
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，其特征在于，包括：
一N型半导体层；
一发光层，具有一多重量子井(MQW)结构；
一含铝的氮化镓系P型载子阻隔层；
一含铟的氮化镓系P型电洞提供层；以及
一P型半导体，其中所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层设置在所述发光层及所述P型半导体之间，所述含铝的氮化镓系P型载子阻隔层设置在所述发光层及所述P型半导体之间，其中所述含铟的P型氮化镓系电洞提供层掺杂有浓度介于1017～1020cm-3的碳掺质，其中所述发光层设置在所述N型半导体及所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层之间。
2.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：
一N型半导体层；
一发光层，具有一多重量子井(MQW)结构，所述多重量子井结构由多个氮化镓系阻障层与多个含铟的氮化镓系井层交替堆叠而成；
一含铟的氮化镓系P型电洞提供层，掺杂有浓度介于1017～1020cm-3的碳掺质；以及
一P型半导体层，其中所述发光层设置在所述N型半导体与所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层之间，所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层设置在所述发光层与所述P型半导体之间，其中所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层的能隙大于所述多重量子井结构之井层的能隙。
3.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：
一N型半导体层；
一含铝的氮化镓系N型载子阻隔层；
一发光层，具有一多重量子井(MQW)结构；
一含铝的氮化镓系P型载子阻隔层；
一含铟的氮化镓系P型电洞提供层，设置在所述发光层与所述含铝的氮化镓系P型载子阻隔层之间，所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层具有浓度介于1017～1020cm-3的一碳掺杂高峰；以及
一P型半导体，其中所述发光层设置在所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层与所述含铝的氮化镓系N型载子阻隔层之间，所述含铝的氮化镓系N型载子阻隔层设置在所述N型半导体层与所述发光层之间，所述含铝的氮化镓系P型载子阻隔层设置在所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层与所述P型半导体之间。
4.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：
一N型半导体层；
一P型半导体层；
一发光层，设置在所述N型半导体层与所述P型半导体层之间；以及
一含铟的氮化镓系P型电洞提供层，设置在所述发光层与所述P型半导体层之间，其中所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层具有一碳掺杂高峰，所述碳掺杂高峰的浓度介于1017～1020cm-3。
5.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：
一氮化镓系P型半导体层，具有一碳富集(carbon-rich)层，所述碳富集层具有一碳掺杂高峰，所述碳掺杂高峰的浓度介于1017～1020cm-3；
一N型半导体层；以及
一发光层，所述发光层设置在所述氮化镓系P型半导体层与所述N型半导体层之间，且所述碳富集层是位在所述氮化镓系P型半导体层靠近所述发光层的一侧。
6.如权利要求1、2、3或4所述的氮化物半导体结构，其特征在于，所述含铟的氮化镓系P型电洞提供层具有一P型掺质，所述P型掺质包括镁，所述P型掺质的浓度大于1018cm-3。
7.如权利要求1、2、4或5所述的氮化物半导体结构，其特征在于，还包括一含铝的氮化镓系N型载子阻隔层，所述含铝的氮化镓系N型载子阻隔层设置在所述N型半导体层与所述发光层之间。
8.如权利要求2、4或5所述的氮化物半导体结构，其特征在于，还包括一含铝的氮化镓系P型载子阻隔层，所述含铝的氮化镓系P型载子阻隔层设置在所述发光层与所述P型半导体层之间。
9.如权利要求5所述的氮化物半导体结构，其特征在于，所述碳富集层的材质更包括铟。
10.如权利要求1、2、3、4、5或9所述的氮化物半导体结构，其特征在于，相对于在所述P型半导体层或所述些P型层，所述电洞提供层具有一相对较低氢浓度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810451202.6A CN108321268A (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 |
|---|---|---|---|
| CN201810451202.6A CN108321268A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201310029644.9A CN103972340B (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 |
|---|---|---|---|
| CN201310029644.9A Division CN103972340B (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 |
|---|---|
| CN108321268A true CN108321268A (zh) | 2018-07-24 |
Family
ID=51241623
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310029644.9A Expired - Fee Related CN103972340B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201810450395.3A Expired - Fee Related CN108550670B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201810451202.6A Pending CN108321268A (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201810450545.0A Pending CN108321267A (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 (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310029644.9A Expired - Fee Related CN103972340B (zh) | 2013-01-25 | 2013-01-25 | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 |
| CN201810450395.3A Expired - Fee Related CN108550670B (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 (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810450545.0A Pending CN108321267A (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) | CN103972340B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI524551B (zh) | 2012-11-19 | 2016-03-01 | 新世紀光電股份有限公司 | 氮化物半導體結構及半導體發光元件 |
| TWI499080B (zh) | 2012-11-19 | 2015-09-01 | Genesis Photonics Inc | 氮化物半導體結構及半導體發光元件 |
| TWI535055B (zh) | 2012-11-19 | 2016-05-21 | 新世紀光電股份有限公司 | 氮化物半導體結構及半導體發光元件 |
| DE102016123262A1 (de) | 2016-12-01 | 2018-06-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Strahlungsemittierender Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge |
| CN107591466A (zh) * | 2017-08-17 | 2018-01-16 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制备方法 |
| CN109346583B (zh) * | 2018-08-31 | 2021-04-27 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050179027A1 (en) * | 2004-02-18 | 2005-08-18 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Nitride based semiconductor light-emitting device |
| CN101073160A (zh) * | 2004-12-23 | 2007-11-14 | Lg伊诺特有限公司 | 氮化物半导体发光器件及其制造方法 |
| CN101540364A (zh) * | 2009-04-23 | 2009-09-23 | 厦门大学 | 一种氮化物发光器件及其制备方法 |
| CN101626058A (zh) * | 2008-07-09 | 2010-01-13 | 住友电气工业株式会社 | Ⅲ族氮化物类半导体发光元件及外延晶圆 |
| 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 (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6657300B2 (en) * | 1998-06-05 | 2003-12-02 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Formation of ohmic contacts in III-nitride light emitting devices |
| JP2000058904A (ja) * | 1998-08-05 | 2000-02-25 | Hitachi Cable Ltd | エピタキシャルウェハ及びその製造方法並びに発光ダイオード |
| JP4032636B2 (ja) * | 1999-12-13 | 2008-01-16 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
| WO2006038665A1 (ja) * | 2004-10-01 | 2006-04-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2008244307A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Sharp Corp | 半導体発光素子および窒化物半導体発光素子 |
| JP2008258503A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法 |
| JP2009021361A (ja) * | 2007-07-11 | 2009-01-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法 |
| 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 |
-
2013
- 2013-01-25 CN CN201310029644.9A patent/CN103972340B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-01-25 CN CN201810450395.3A patent/CN108550670B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2013-01-25 CN CN201810451202.6A patent/CN108321268A/zh active Pending
- 2013-01-25 CN CN201810450545.0A patent/CN108321267A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050179027A1 (en) * | 2004-02-18 | 2005-08-18 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Nitride based semiconductor light-emitting device |
| CN101073160A (zh) * | 2004-12-23 | 2007-11-14 | Lg伊诺特有限公司 | 氮化物半导体发光器件及其制造方法 |
| CN101626058A (zh) * | 2008-07-09 | 2010-01-13 | 住友电气工业株式会社 | Ⅲ族氮化物类半导体发光元件及外延晶圆 |
| CN101540364A (zh) * | 2009-04-23 | 2009-09-23 | 厦门大学 | 一种氮化物发光器件及其制备方法 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103972340A (zh) | 2014-08-06 |
| CN103972340B (zh) | 2018-06-08 |
| CN108550670B (zh) | 2020-10-27 |
| CN108321267A (zh) | 2018-07-24 |
| CN108550670A (zh) | 2018-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5836338B2 (ja) | 窒化物半導体構造及び半導体発光デバイス | |
| CN102185057B (zh) | 一种氮化物led结构及其制备方法 | |
| CN103972340B (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| CN102668138A (zh) | 氮化物半导体发光元件及其制造方法 | |
| JP2008244307A (ja) | 半導体発光素子および窒化物半導体発光素子 | |
| CN109742203A (zh) | 一种氮化物发光二极管 | |
| CN103441196A (zh) | 发光元件及其制造方法 | |
| CN104465910A (zh) | 一种与ZnO薄膜高效匹配的LED芯片结构及其制作方法 | |
| CN108550669A (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| CN103972339A (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| CN102157647A (zh) | 一种氮化物led结构及其制备方法 | |
| CN111326626A (zh) | 一种能够改善空穴传输能力的半导体发光器件 | |
| CN107316924B (zh) | 氮化物半导体结构及半导体发光元件 | |
| TWI589018B (zh) | 氮化物半導體結構 | |
| CN102185053A (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| CN103715317A (zh) | 发光二极管装置 | |
| US20100052009A1 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
| CN105355649A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN109755364A (zh) | 一种新型氮化物发光二极管 | |
| TW201349569A (zh) | 發光元件及其製作方法 | |
| CN213636023U (zh) | 一种多量子阱结构及发光二极管 | |
| TWI568022B (zh) | 半導體堆疊結構 | |
| CN109148661B (zh) | 半导体结构 | |
| TWI631727B (zh) | 氮化物半導體結構 | |
| TWI663745B (zh) | 氮化物半導體結構 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180724 |