TWI556466B - 氮化物半導體結構 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種氮化物半導體結構,且特別是有關於一種具有較佳工作效率的氮化物半導體結構。
發光二極體(Light-emitting diode,LED)是由包含III-V族元素(諸如氮化鎵、磷化鎵及砷化鎵等)的化合物半導體材料所製造的氮化物半導體結構。發光二極體的使用期限長達100,000小時,且具有應答速度快(約10-9秒)、體積小、省功率、低污染、高可靠度及容易大量生產的優點。因此,在許多領域中都已經密集使用發光二極體,例如照明裝置、交通號誌燈、行動電話、掃描機及傳真機等。
然而,一般而言,在氮化物半導體結構的製造過程中,由於半導體層與基板之間的晶格常數(lattice constant)與熱膨脹係數(thermal expansion coefficient,CTE)之差異,而容易造成半導體於磊晶過程中產生穿透錯位(dislocation)以及因熱膨脹係數不匹配而導致的熱應力的問題,氮化物半導體結構遭受此應力會導致嚴重彎曲並增加裂紋(crack)產生的可能性,進而影響工作
效率。
本發明提供一種氮化物半導體結構,具有較佳工作效率的氮化物半導體結構。
本發明的一種氮化物半導體結構,包括一基板、一第一型氮化物半導體層、一主動層及一第二型氮化物半導體層。第一型氮化物半導體層配置在基板上,其中一第一型摻質摻雜於第一型氮化物半導體層。主動層配置在基板和第一型氮化物半導體層之間,且包括一第一多重量子井結構及一第二多重量子井結構。第一多重量子井結構為複數個第一量子井層與複數個第一阻障層交錯堆疊所組成之結構,第二多重量子井結構為複數個第二量子井層與複數個第二阻障層交錯堆疊所組成之結構,且第一多重量子井結構位於第一型氮化物半導體層及第二多重量子井結構之間。第二型氮化物半導體層配置在基板和主動層之間,一第二型摻質摻雜於第二型氮化物半導體層。第二型摻質摻雜於至少一個第二阻障層內,且第二型摻質在第二阻障層內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度。
在本發明的一實施例中,上述的第二型摻質摻雜於這些第二阻障層內,且第二型摻質在這些第二阻障層內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度。
在本發明的一實施例中,上述的第一型摻質選自II A族
元素,第二型摻質選自IV A族元素。
在本發明的一實施例中,上述的第一型摻質為鎂,第二型摻質為矽。
在本發明的一實施例中,上述的第二多重量子井結構存在多個V型缺陷。
在本發明的一實施例中,上述的第一多重量子井結構存在多個V型缺陷,且第二多重量子井結構中這些V型缺陷的密度高於第一多重量子井結構中這些V型缺陷的密度。
在本發明的一實施例中,上述的第二多重量子井結構的表面為不平滑表面,表面具有複數個凹洞,且第一多重量子井結構的其中一部分填入這些凹洞內。
在本發明的一實施例中,上述在這些第二阻障層內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在該第二型氮化物半導體層內該第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
在本發明的一實施例中,上述的這些第二量子井層的層數多於這些第一量子井層的層數。
在本發明的一實施例中,上述的第一量子井層的層數在3至15之間,第二量子井層的層數在13至25之間。
在本發明的一實施例中,上述的第二多重量子井結構不發光,或者第二多重量子井結構所發出的光線與第一多重量子井結構所發出的光線分別為不同波段的光線。
在本發明的一實施例中,上述的第一多重量子井結構內沒有第二型摻質。
本發明的一種氮化物半導體結構,包括一基板、一第一型氮化物半導體層、一主動層及一第二型氮化物半導體層。第一型氮化物半導體層,配置在基板上,其中一第一型摻質摻雜於第一型氮化物半導體層。主動層配置在基板和第一型氮化物半導體層之間,且包括一第一多重量子井結構及一重摻雜層,其中第一多重量子井結構為複數個第一量子井層與複數個第一阻障層交錯堆疊所組成之結構,且第一多重量子井結構位於第一型氮化物半導體層及重摻雜層之間。第二型氮化物半導體層配置在基板和主動層之間,一第二型摻質摻雜於第二型氮化物半導體層。第二型摻質摻雜於重摻雜層內,且第二型摻質在重摻雜層內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度。
在本發明的一實施例中,上述的第一型摻質選自II A族元素,第二型摻質選自IV A族元素。
在本發明的一實施例中,上述的第一型摻質為鎂,第二型摻質為矽。
在本發明的一實施例中,上述的重摻雜層存在多個V型缺陷,且第一多重量子井結構的其中一部分填入這些V型缺陷內。
在本發明的一實施例中,上述的重摻雜層的表面為不平滑表面,表面具有複數個凹洞,且第一多重量子井結構的其中一部分填入這些凹洞內。
在本發明的一實施例中,上述在重摻雜層內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在第二型氮化物半導體層內第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
在本發明的一實施例中,上述的主動層更包括一第二多重量子井結構,第二多重量子井結構為複數個第二量子井層與複數個第二阻障層交錯堆疊所組成之結構,第二多重量子井結構位於第二型氮化物半導體層及重摻雜層之間。
在本發明的一實施例中,上述的第二多重量子井結構不發光,或者第二多重量子井結構所發出的光線與第一多重量子井結構所發出的光線分別為不同波段的光線。
在本發明的一實施例中,上述的第二量子井層的層數多於第一量子井層的層數。
在本發明的一實施例中,上述的第一量子井層的層數在3至15之間,第二量子井層的層數在13至25之間。
在本發明的一實施例中,上述的第一多重量子井結構內沒有第二型摻質。
基於上述,本發明的氮化物半導體結構藉由將第二型摻質摻雜於至少一個第二阻障層內,且第二型摻質在第二阻障層內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度,而使得第二多重量子井結構中存在多個V型缺陷。或者,本發明的氮化物半導體結構藉由在第二型半導體層上形成重摻雜
層,而使得在重摻雜層中存在多個開口朝向第一型半導體層的V型缺陷,其後在第二多重量子井結構或重摻雜層上形成第一多重量子井結構時,存在於第一多重量子井的應力能夠被較佳地釋放,進而使整體氮化物半導體結構具有較佳的工作效率(例如是發光效率)。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
P‧‧‧V型缺陷
100、200、300、400‧‧‧氮化物半導體結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130、330、430‧‧‧第一型氮化物半導體層
140、340、440‧‧‧主動層
142、342、442‧‧‧第一多重量子井結構
144、460‧‧‧第二多重量子井結構
146、346、446‧‧‧第一阻障層
148、348、448‧‧‧第一量子井層
146'、462‧‧‧第二阻障層
148'、464‧‧‧第二量子井層
150、350、450‧‧‧第二型氮化物半導體層
343、443‧‧‧重摻雜層
圖1是依照本發明的一實施例的一種氮化物半導體結構的剖面示意圖。
圖2是圖1的氮化物半導體結構的局部放大示意圖。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種氮化物半導體結構的剖面示意圖。
圖4是依照本發明的另一實施例的一種氮化物半導體結構的剖面示意圖。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種氮化物半導體結構的剖面示意圖。
圖1是依照本發明的一實施例的一種氮化物半導體結構
的剖面示意圖。請參閱圖1,在本實施例中,氮化物半導體結構100以發光二極體為例,但氮化物半導體結構100的種類並不以此為限制。
本實施例的氮化物半導體結構100包括一基板110、配置在基板110上的一緩衝層120、配置在緩衝層120上的一第一型氮化物半導體層130、配置在基板110和第一型氮化物半導體層130之間的一主動層140及配置在緩衝層120和主動層140之間的一第二型氮化物半導體層150。
在本實施例中,基板110為藍寶石基板,但在其他實施例中,任何可供成長三五族(如III族氮化物)半導體層之基板材料皆可使用,例如是矽(Si)、玻璃(SiO2)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、尖晶石(spinnel)、碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、二氧化鋰鎵(LiGaO2)、二氧化鋰鋁(LiAlO2)或四氧化鎂二鋁(MgAl2O4)等。
緩衝層120配置在基板110上。由於後續若欲成長的第二型氮化物半導體層150,第二型氮化物半導體層150與基板110之間的晶格常數與熱膨脹係數差異很大,而存在晶格不匹配(lattice mismatch)及熱膨脹係數不匹配的現象。在本實施例中,特別在第二型氮化物半導體層150與基板110之間配置緩衝層120,以減緩第二型氮化物半導體層150與基板110之間的晶格與熱膨脹係數不匹配的狀況。換言之,緩衝層120可改善後續要堆疊在基板110上的第二型氮化物半導體層150的磊晶品質,進而
避免氮化物半導體結構100的發光效率受到影響。當然,在其他實施例中,氮化物半導體結構100也可省去緩衝層120,而使第二型氮化物半導體層150直接配置於基板110上。
在本實施例中,第一型氮化物半導體層130與第二型氮化物半導體層150例如為氮化鎵(GaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化銦鎵(InGaN)等,但第一型氮化物半導體層130與第二型氮化物半導體層150的種類並不以此為限制。
在本實施例中,第一型氮化物半導體層130例如是p型的氮化物半導體堆疊層,第二型氮化物半導體層150例如是n型的氮化物半導體層。一第一型摻質摻雜於第一型氮化物半導體層130,且一第二型摻質摻雜於第二型氮化物半導體層150。在本實施例中,第一型摻質選自II A族元素,第二型摻質選自IV A族元素,第一型摻質例如為鎂,第二型摻質例如為矽,但第一型摻質與第二型摻質的種類並不以此為限制。
主動層140包括一第一多重量子井結構142及一第二多重量子井結構144。第一多重量子井結構142為複數個第一阻障層146與複數個第一量子井層148交錯堆疊所組成之結構,第二多重量子井結構144為複數個第二阻障層146’與複數個第二量子井層148’交錯堆疊所組成之結構,且第一多重量子井結構142位於第一型氮化物半導體層130及第二多重量子井結構144之間。在本實施例中,這些第二量子井層148’的層數多於這些第一量子井層148的層數。舉例而言,第一量子井層148的層數在3至15之
間,第二量子井層148’的層數在13至25之間。當然,第一量子井層148的層數與第二量子井層148’的層數並不以此為限制。
第一多重量子井結構142內沒有第二型摻質,且第二型摻質摻雜於至少一個第二阻障層146’內。在本實施例中,第二型摻質摻雜於其中一個第二阻障層146’內。第二型摻質在第二阻障層146’內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層150內的摻雜濃度。詳細而言,在此第二阻障層146’內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在第二型氮化物半導體層150內第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
圖2是圖1的氮化物半導體結構的局部放大示意圖。請同時參閱圖1與圖2,在本實施例中,由於在第二多重量子井結構144的最下面的第二阻障層146’這層內摻雜濃度較高的第二型摻質,使得此層第二阻障層146’容易產生缺陷,形成如圖1與圖2所示的多個開口朝向上方的V型缺陷P。也就是說,V型缺陷P會使得最下面的此層第二阻障層146’的表面為不平滑表面,表面具有複數個凹洞。因此後續形成第二多重量子井結構144的第二量子井層148’時,位於最下面這層第二阻障層146’上方的第二量子井層148’的其中一部分會填入這些V型缺陷P(凹洞)內。其後形成的其他層第二阻障層146’與第二量子井層148’則會逐漸地趨於平坦。
當然,在其他實施例中,由於也可以在任意的其中一個
第二阻障層146’內摻雜濃度較高的第二型摻質,若摻雜濃度較高的第二型摻質的第二阻障層146’的位置是位在第二多重量子井結構144較為上層處時,此第二阻障層146’所產生的V型缺陷P可能會使得第二多重量子井結構144的表面為不平滑表面,表面具有複數個凹洞。因此後續形成第一多重量子井結構142時,第一多重量子井結構142的其中一部分會填入這些V型缺陷P(凹洞)內。
無論摻雜濃度較高的第二型摻質是摻雜在第二多重量子井結構144的哪一個第二阻障層146’,當第二多重量子井結構144存在足夠密度的V型缺陷P時,可使得其後形成的第一多重量子井結構142中所存在的應力能夠被較佳地釋放。如此一來,作為主要發光之處的第一多重量子井結構142能具有較佳的磊晶品質,進而使整體氮化物半導體結構100具有較佳的工作效率(例如是發光效率)。在其他實施例中,第二多重量子井結構144也可以是會發光的,然而第二多重量子井結構144並非主要發光之處,第二多重量子井結構144所發出的光強度小於第一多重量子井結構142所發出的光強度,且第二多重量子井結構144所發出的光線與第一多重量子井結構142所發出的光線分別為不同波段的光線。
值得一提的是,若第一多重量子井結構142與第二多重量子井結構144內產生過多的缺陷,也可能會導致第一多重量子井結構142與第二多重量子井結構144的發光亮度銳減甚至無法
發光的問題。因此,當第二阻障層146’內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間時,第一多重量子井結構142與第二多重量子井結構144內V型缺陷P的密度可被控制在一特定範圍內,在此狀況下,氮化物半導體結構100可具有較佳的發光效率。
需說明的是,在圖1中,這些V型缺陷P均勻地分布在第二多重量子井結構144內且這些V型缺陷P的尺寸相同,實際上,這些V型缺陷P則是隨機地分布在第二多重量子井結構144內,也就是說,可能在第二多重量子井結構144內的某一區塊中具有數量較多的V型缺陷P,另一區塊中則具有數量較少的V型缺陷P,且這些V型缺陷P的尺寸具有差異。此外,在本實施例中,形成第二多重量子井結構144之後,接續成長的第一多重量子井結構142內沒有第二型摻質,第一多重量子井結構142會逐漸覆蓋填平V型缺陷P,逐漸降低V型缺陷P的密度,因此第二多重量子井結構144中這些V型缺陷P的密度高於第一多重量子井結構142中這些V型缺陷P的密度。在本案的圖式中,V型缺陷P分佈於第二多重量子井結構144內的尺寸比例、位置與數量僅為示意,並不以此為限制。
此外,在一未繪示的實施例中,氮化物半導體結構100可包括一成核層,配置於基板110與緩衝層120之間,成核層之材質可為氮化鋁(AlN)或氮化鎵(GaN)。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種氮化物半導體結
構的剖面示意圖。請參閱圖3,在圖3的氮化物半導體結構200中與圖1的氮化物半導體結構100相同或相近的元件使用相同的代號表示,此處便不多加贅述。本實施例的氮化物半導體結構200與圖1的實施例的氮化物半導體結構100的主要差異在於,在圖1中,第二型摻質是摻雜於任一個第二阻障層146’內。在本實施例中,第二型摻質摻雜於全部的這些第二阻障層146’內。
同樣地,第二型摻質在這些第二阻障層146’內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層150內的摻雜濃度。舉例而言,在這些第二阻障層146’內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在第二型氮化物半導體層150內第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
由於在這些第二阻障層146’內摻雜濃度較高的第二型摻質,使得形成於這些第二阻障層146’容易產生開口朝向第一型氮化物半導體層130的多個V型缺陷P。因此後續形成第一多重量子井結構142時,第一多重量子井結構142的其中一部分會填入這些V型缺陷P內,而使得第一多重量子井結構142中所存在的應力能夠被較佳地釋放,進而使得第一型氮化物半導體層130能具有較佳的磊晶品質,進而使整體氮化物半導體結構200具有較佳的工作效率(例如是發光效率)。
圖4是依照本發明的另一實施例的一種氮化物半導體結構的剖面示意圖。請參閱圖4,在圖4的氮化物半導體結構300
中與圖1的氮化物半導體結構100相同或相近的元件使用相同的代號表示,此處便不多加贅述。本實施例的氮化物半導體結構300與圖1的氮化物半導體結構100的主要差異是在於,在圖1中,氮化物半導體結構100的主動層140包括了第一多重量子井結構142及第二多重量子井結構144,且第一多重量子井結構142內沒有第二型摻質,且第二型摻質摻雜於其中一個第二阻障層146’內。
在本實施例中,氮化物半導體結構300的主動層340包括一第一多重量子井結構342及一重摻雜層343,其中第一多重量子井結構342為複數個第一阻障層346與複數個第一量子井層348交錯堆疊所組成之結構,且第一多重量子井結構342位於第一型氮化物半導體層330及重摻雜層343之間。第二型摻質摻雜於重摻雜層343內,且第二型摻質在重摻雜層343內的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層350內的摻雜濃度。
在本實施例中,重摻雜層343包括氮化鎵,但在其他實施例中,重摻雜層343也可包括氮化銦鎵或是氮化鋁鎵,重摻雜層343的種類不以此為限制。第一型摻質選自II A族元素,第二型摻質選自IV A族元素,第一型摻質例如為鎂,第二型摻質例如為矽。在重摻雜層343內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在第二型氮化物半導體層350內第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
由於在重摻雜層343內摻雜濃度較高的矽,使得形成於重摻雜層343中容易產生缺陷P。這些V型缺陷P的開口朝向第一型氮化物半導體層330,因此後續形成第一多重量子井結構342時,第一多重量子井結構342的其中一部分會填入這些V型缺陷P內,可使得其後形成的第一多重量子井結構342和第二型氮化物半導體層330中所存在的應力能夠被較佳地釋放。如此一來,由於使整體氮化物半導體結構300具有較佳的工作效率(例如是發光效率)。
值得一提的是,若重摻雜層343內產生過多的缺陷,也可能會導致第一多重量子井結構342的發光亮度銳減甚至無法發光的問題。當在重摻雜層343內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間時,重摻雜層343內V型缺陷P的密度可被控制在一特定範圍內,在此狀況下,氮化物半導體結構300可具有較佳的發光效率。
圖5是依照本發明的另一實施例的一種氮化物半導體結構的剖面示意圖。請參閱圖5,在圖5的氮化物半導體結構400中與圖1的氮化物半導體結構100相同或相近的元件使用相同的代號表示,此處便不多加贅述。圖5的氮化物半導體結構400與圖4的氮化物半導體結構300的主要差異在於,圖5的氮化物半導體結構400的主動層440更包括一第二多重量子井結構460,配置於第二型氮化物半導體層450與重摻雜層443之間。在本實施例中,第二多重量子井結構460為複數個第二阻障層462與複數
個第二量子井層464交錯堆疊所組成之結構,第二阻障層462的材質包括氮化鎵,且第二量子井層464的材質包括氮化銦鎵,且第二量子井層464的層數多於第一量子井層448的層數,例如第一量子井層448的層數在3至15之間,第二量子井層464的層數在13至25之間,但第一量子井層448的層數與第二量子井層464的層數的材質與層數並不以此為限制。
在本實施例中,第二多重量子井結構460內所摻雜的第二摻質的濃度約在1016(立方公分-3)至5x1018(立方公分-3)之間。相較於未摻雜矽的第一多重量子井結構442,在本實施例中,第一多重量子井結構442所發出的光線與第二多重量子井結構460所發出的光線可分別為不同波段的光線。當然,在其他實施例中,第二多重量子井結構460也可以設計為不發光,並不以上述為限制。
本實施例的氮化物半導體結構400與圖4的氮化物半導體結構300相同地也是在重摻雜層443內第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,而使得重摻雜層443中形成一定密度的V型缺陷P。由於適當數量的缺陷的存在使得其後形成第一多重量子井結構442時,第一多重量子井結構442的應力能夠被較佳地釋放,進而使整體氮化物半導體結構400具有較佳的發光效率。
綜上所述,本發明的氮化物半導體結構藉由將第二型摻質摻雜於至少一個第二阻障層內,且第二型摻質在第二阻障層內
的摻雜濃度高於第二型摻質在第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度,而使得第一多重量子井結構中存在多個V型缺陷。或者,本發明的氮化物半導體結構具有一高濃度的第二型摻質的重摻雜層,重摻雜層中存在多個開口朝向第一型半導體層的V型缺陷。具有V型缺陷後,其後續形成第一多重量子井結構時,存在於第一多重量子井結構的應力能夠被較佳地釋放,進而使整體氮化物半導體結構具有較佳的工作效率(例如是發光效率)。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
P‧‧‧V型缺陷
100‧‧‧氮化物半導體結構
110‧‧‧基板
120‧‧‧緩衝層
130‧‧‧第一型氮化物半導體層
140‧‧‧主動層
142‧‧‧第一多重量子井結構
144‧‧‧第二多重量子井結構
146‧‧‧第一阻障層
148‧‧‧第一量子井層
146'‧‧‧第二阻障層
148'‧‧‧第二量子井層
150‧‧‧第二型氮化物半導體層
Claims (23)
- 一種氮化物半導體結構,包括:一基板;一第一型氮化物半導體層,配置在該基板上,其中一第一型摻質摻雜於該第一型氮化物半導體層;一主動層,配置在該基板和該第一型氮化物半導體層之間,且包括一第一多重量子井結構及一第二多重量子井結構,其中該第一多重量子井結構為複數個第一量子井層與複數個第一阻障層交錯堆疊所組成之結構,該第二多重量子井結構為複數個第二量子井層與複數個第二阻障層交錯堆疊所組成之結構,且該第一多重量子井結構位於該第一型氮化物半導體層及該第二多重量子井結構之間;以及一第二型氮化物半導體層,配置在該基板和該主動層之間,一第二型摻質摻雜於該第二型氮化物半導體層,其中該第二型摻質摻雜於至少一個該第二阻障層內,且該第二型摻質在該第二阻障層內的摻雜濃度高於該第二型摻質在該第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該第二型摻質摻雜於該些第二阻障層內,且該第二型摻質在該些第二阻障層內的摻雜濃度高於該第二型摻質在該第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該第一型摻質選自II A族元素,該第二型摻質選自IV A族元素。
- 如申請專利範圍第3項所述的氮化物半導體結構,其中該第一型摻質為鎂,該第二型摻質為矽。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該第二多重量子井結構存在多個V型缺陷。
- 如申請專利範圍第5項所述的氮化物半導體結構,其中該第一多重量子井結構存在多個V型缺陷,且該第二多重量子井結構中該些V型缺陷的密度高於該第一多重量子井結構中該些V型缺陷的密度。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該第二多重量子井結構的表面為不平滑表面,該表面具有複數個凹洞,且該第一多重量子井結構的其中一部分填入該些凹洞內。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中在該些第二阻障層內該第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在該第二型氮化物半導體層內該第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該些第二量子井層的層數多於該些第一量子井層的層數。
- 如申請專利範圍第9項所述的氮化物半導體結構,其中該些第一量子井層的層數在3至15之間,該些第二量子井層的層數在13至25之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該第二多重量子井結構不發光,或者該第二多重量子井結構所發出的光線與該第一多重量子井結構所發出的光線分別為不同波段的光線。
- 如申請專利範圍第1項所述的氮化物半導體結構,其中該第一多重量子井結構內沒有該第二型摻質。
- 一種氮化物半導體結構,包括:一基板;一第一型氮化物半導體層,配置在該基板上,其中一第一型摻質摻雜於該第一型氮化物半導體層;一主動層,配置在該基板和該第一型氮化物半導體層之間,且包括一第一多重量子井結構及一重摻雜層,其中該第一多重量子井結構為複數個第一量子井層與複數個第一阻障層交錯堆疊所組成之結構,且該第一多重量子井結構位於該第一型氮化物半導體層及該重摻雜層之間;以及一第二型氮化物半導體層,配置在該基板和該主動層之間,一第二型摻質摻雜於該第二型氮化物半導體層,其中該第二型摻質摻雜於該重摻雜層內,且該第二型摻質在該重摻雜層內的摻雜濃度高於該第二型摻質在該第二型氮化物半導體層內的摻雜濃度。
- 如申請專利範圍第13項所述的氮化物半導體結構,其中該第一型摻質選自II A族元素,該第二型摻質選自IV A族元素。
- 如申請專利範圍第14項所述的氮化物半導體結構,其中該第一型摻質為鎂,該第二型摻質為矽。
- 如申請專利範圍第13項所述的氮化物半導體結構,其中該重摻雜層存在多個V型缺陷,且該第一多重量子井結構的其中一部分填入該些V型缺陷內。
- 如申請專利範圍第13項所述的氮化物半導體結構,其中該重摻雜層的表面為不平滑表面,該表面具有複數個凹洞,且該第一多重量子井結構的其中一部分填入該些凹洞內。
- 如申請專利範圍第13項所述的氮化物半導體結構,其中在該重摻雜層內該第二摻質的濃度約在1019(立方公分-3)至9x1019(立方公分-3)之間,在該第二型氮化物半導體層內該第二摻質的濃度約在1018(立方公分-3)至9x1018(立方公分-3)之間。
- 如申請專利範圍第13項所述的氮化物半導體結構,其中該主動層更包括一第二多重量子井結構,該第二多重量子井結構為複數個第二量子井層與複數個第二阻障層交錯堆疊所組成之結構,該第二多重量子井結構位於該第二型氮化物半導體層及該重摻雜層之間。
- 如申請專利範圍第19項所述的氮化物半導體結構,其中該第二多重量子井結構不發光,或者該第二多重量子井結構所發出的光線與該第一多重量子井結構所發出的光線分別為不同波段的光線。
- 如申請專利範圍第19項所述的氮化物半導體結構,其中 該些第二量子井層的層數多於該些第一量子井層的層數。
- 如申請專利範圍第21項所述的氮化物半導體結構,其中該些第一量子井層的層數在3至15之間,該些第二量子井層的層數在13至25之間。
- 如申請專利範圍第13項所述的氮化物半導體結構,其中該第一多重量子井結構內沒有該第二型摻質。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW200939519A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-16 | Advanced Optoelectronic Tech | Light emitting diode of III-nitride based semiconductor |
TW201208112A (en) * | 2010-02-03 | 2012-02-16 | Cree Inc | Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses |
TW201304184A (zh) * | 2011-07-08 | 2013-01-16 | Lg Innotek Co Ltd | 發光裝置 |
TW201330315A (zh) * | 2011-09-29 | 2013-07-16 | Bridgelux Inc | 具p型摻雜層之發光裝置 |
US20130181188A1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Iii nitride epitaxial substrate and deep ultraviolet light emitting device using the same |
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Patent Citations (5)
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---|---|---|---|---|
TW200939519A (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-16 | Advanced Optoelectronic Tech | Light emitting diode of III-nitride based semiconductor |
TW201208112A (en) * | 2010-02-03 | 2012-02-16 | Cree Inc | Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses |
TW201304184A (zh) * | 2011-07-08 | 2013-01-16 | Lg Innotek Co Ltd | 發光裝置 |
TW201330315A (zh) * | 2011-09-29 | 2013-07-16 | Bridgelux Inc | 具p型摻雜層之發光裝置 |
US20130181188A1 (en) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Iii nitride epitaxial substrate and deep ultraviolet light emitting device using the same |
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