TWI577046B - 半導體發光元件及其製作方法 - Google Patents

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Description

半導體發光元件及其製作方法
本發明是有關於一種發光元件，且特別是有關於一種半導體發光元件。
隨著光電技術的演進，傳統的白熾燈泡與螢光燈管已逐漸被新一代的固態光源例如是發光二極體(light-emitting diode,LED)所取代，其具有諸如壽命長、體積小、高抗震性、高光效率及低功率消耗等優點，因此已經廣泛在家用照明及各種設備中作為光源使用。除了液晶顯示器的背光模組與家用照明燈具已廣泛採用發光二極體作為光源之外，近年來，發光二極體的應用領域已擴展至道路照明、大型戶外看板、交通號誌燈、UV固化及相關領域。發光二極體已經成為發展兼具省電及環保功能之光源的主要項目之一。
發光二極體的基本結構是由N型半導體層、發光層及P型半導體層所構成。由於電子在N型半導體層的行經路徑有大致集中在最小電阻路徑的傾向，因此易導致電子與電洞在發光層中 復合的區域較小而較集中，進而使得發光二極體的發光過於集中而不均勻。如此一來，亦會導致發光二極體的發光效率下降，這就是所謂的電流擁擠(current crowding)效應，而電流擁擠效應容易造成局部電流密度驟升，導致光電轉換效率(Wall-plug efficiency)下降或接合溫度(Junction temp.)的上升。
此外，時下的固態光源的研發者莫不致力於追求良好的發光效率。關於提升發光二極體的光效率所要考量的問題一般分為如何提升內部量子效率(即發光層的發光效率)以及外部量子效率(進一步受光取出率所影響)。然而，在傳統的氮化鎵發光二極體中，由於P型氮化鎵半導體層與N型氮化鎵半導體層的能隙(band gap)接近於發光層的能隙，因此容易吸收發光層所發出的紫外光或藍光而導致發光二極體的發光效率降低。
本發明提供一種半導體發光元件，其具有較佳的發光效率與較均勻的發光特性。
本發明提供一種半導體發光元件的製作方法，其可製作出具有較佳的發光效率與較均勻的發光特性的半導體發光元件。
本發明的一實施例的一種半導體發光元件包括一第一N型半導體層、一P型半導體層及一發光層。第一N型半導體層含有鋁，且其N型摻雜的濃度大於或等於5×1018原子數/立方公分。發光層配置於第一N型半導體層與P型半導體層之間，且發光層 所發出的光包括藍光、紫外光或其組合。
本發明的一實施例的一種半導體發光元件包括一第一N型半導體層、一P型半導體層及一發光層。第一N型半導體層含有鋁，且其電阻率具有非均向性(anisotropy)。發光層配置於第一N型半導體層與P型半導體層之間。
本發明的一實施例的一種半導體發光元件的製作方法，包括：提供一基板；在基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成一第一N型半導體層；在第一N型半導體層上形成一發光層；以及在發光層上形成一P型半導體層。
在本發明的一實施例中，第一N型半導體層為N型氮化鋁鎵層。
在本發明的一實施例中，上述的N型摻雜為矽。
在本發明的一實施例中，第一N型半導體層包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層。
在本發明的一實施例中，第一N型半導體層的電阻率具有非均向性。
在本發明的一實施例中，第一N型半導體層在厚度方向上的電阻率大於在垂直於厚度方向的方向上的電阻率。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件更包括一基板、一未刻意摻雜的半導體層及一差排終止層。未刻意摻雜的半導體層配置於基板上，且位於第一N型半導體層與基板之間，其 中未刻意摻雜的半導體層含有鋁。差排終止層配置於第一N型半導體層與未刻意摻雜的半導體層之間。未刻意摻雜的半導體層包括交替堆疊的多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件更包括一緩衝層，配置於未刻意摻雜的半導體層與基板之間。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件更包括一基板及一第二N型半導體層。第二N型半導體層配置於基板上，且位於第一N型半導體層與基板之間，其中第二N型半導體層含有鋁。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件更包括一差排終止層，配置於第一N型半導體層與第二N型半導體層之間。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件更包括一緩衝層。緩衝層配置於第二N型半導體層與基板之間。
在本發明的一實施例中，第二N型半導體層中的鋁濃度大於第一N型半導體層中的鋁濃度。
在本發明的一實施例中，第二N型半導體層包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層。
在本發明的一實施例中，第二N型半導體層的電阻率具有非均向性。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件的製作方法更包括：在形成第一N型半導體層之前，先在基板上交替形成多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層，以構成一未刻意摻雜的半導體層，其中第一N型半導體層是形成於未刻意摻雜的半導體層上。
在本發明的一實施例中，半導體發光元件的製作方法更包括：在形成第一N型半導體層之前，先在基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成一第二N型半導體層，其中第一N型半導體層是形成於第二N型半導體層上，且第二N型半導體層中的鋁濃度大於第一N型半導體層中的鋁濃度。
在本發明的實施例的半導體發光元件中，由於第一N型半導體層含有鋁，因此第一N型半導體層的能隙(band gap)會被提高，而與發光層的能隙具有較大的差異，所以可降低第一N型半導體層吸收發光層所發出的光的比例，進而提升半導體發光元件的發光效率。此外，在本發明的實施例的半導體發光元件中，由於第一N型半導體層的電阻率具有非均向性，因此電子在第一N型半導體層中的漂移範圍可以較大，以抑制電流擁擠效應，進而提升半導體發光元件的發光效率與發光均勻度。在本發明的實施例的半導體發光元件的製作方法中，由於在基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成第一N型半導體層，因此電子在第一N型半導體層中較易在橫向上擴散。如此一來，便可有效抑制電流擁擠效應，進而提升半導體發光元件的發光效率與發光均勻度。
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。
100、100a、100b、100c、100d、100e‧‧‧半導體發光元件
110、110a‧‧‧第一N型半導體層
112‧‧‧N型氮化鎵層
114‧‧‧未刻意摻雜的氮化鋁鎵層
120‧‧‧P型半導體層
130‧‧‧發光層
140‧‧‧基板
142‧‧‧表面圖案
150‧‧‧成核層
160‧‧‧緩衝層
170、170a‧‧‧未刻意摻雜的半導體層
170b‧‧‧第二N型半導體層
172‧‧‧氮化鎵層
174‧‧‧氮化鋁鎵層
180‧‧‧接觸層
190‧‧‧透明導電層
210、210e‧‧‧第一電極
220‧‧‧第二電極
230‧‧‧差排終止層
240‧‧‧N型半導體層
D1‧‧‧厚度方向
D2‧‧‧方向
圖1為本發明之一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。
圖2為本發明之另一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。
圖3為本發明之又一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。
圖4為本發明之再一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。
圖5為本發明之另一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。
圖6為本發明之又一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。
圖7A與圖7B為用以繪示本發明之一實施例之半導體發光元件的製作方法的流程的剖面示意圖。
圖1為本發明之一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之半導體發光元件100包括一第一N型半導體層110、一P型半導體層120及一發光層130。發光層130配置於第一N型半導體層110與P型半導體層120之間。在本實施例中，發光層130所發出的光包括藍光，例如半導體發光元件 100為一藍光發光二極體。然而，在其他實施例中，發光層130所發出的光可包括藍光、紫外光或其組合。在本實施例中，發光層130例如為由多個氮化銦鎵層與多個氮化鎵層交替堆疊而成的多重量子井層，其可發出藍光。此外，在本實施例中，第一N型半導體層110含有鋁，且其N型摻雜濃度大於或等於5×1018原子數/立方公分。
在本實施例中，第一N型半導體層110為N型氮化鋁鎵層。此外，在本實施例中，第一N型半導體層110的N型摻雜為矽。也就是說，在本實施例中，第一N型半導體層110為摻雜矽的氮化鋁鎵層。
在本實施例的半導體發光元件100中，由於第一N型半導體層110含有鋁，因此第一N型半導體層110的能隙會被提高，而與發光層130的能隙具有較大的差異，所以可降低第一N型半導體層110吸收發光層130所發出的光的比例，進而提升半導體發光元件100的發光效率。
在本實施例中，第一N型半導體層110的電阻率具有非均向性。在本實施例的半導體發光元件100中，由於第一N型半導體層110的電阻率具有非均向性，因此電子在第一N型半導體層110中的漂移範圍可以較大，以抑制電流擁擠效應，進而提升半導體發光元件110的發光效率與發光均勻度。舉例而言，在本實施例中，第一N型半導體層110在厚度方向D1上的電阻率大於在垂直於厚度方向D1的方向D2(即橫向)上的電阻率。由於 電子傾向於行走電阻較小的路徑，因此電子容易在電阻率較小的方向D2(即橫向)上擴散，進而使電子在進入發光層130前的分佈路徑較為分散。如此一來，便可使電子在第一N型半導體層110中的漂移範圍較大，以抑制電流擁擠效應，進而提升半導體發光元件110的發光效率與發光均勻度。換言之，第一N型半導體層110可作為一電子散佈層(electron spreading layer)。
在本實施例中，P型半導體層120例如為P型氮化鎵層或P型氮化鋁銦鎵層。此外，在本實施例中，半導體發光元件100更包括一接觸層180，配置於P型半導體層120上，且P型半導體層120配置於接觸層180與發光層130之間。在本實施例中，P型半導體層120的P型摻雜為IIA族元素摻雜，例如為鎂摻雜。
在本實施例中，半導體發光元件100可更包括一N型半導體層240，其配置於第一N型半導體層110與發光層130之間，且其例如為N型氮化鎵層或N型氮化鋁銦鎵層。N型半導體層240可作為一應變釋放層(strain relief layer)。然而，在其他實施例中，半導體發光元件100亦可以不包括N型半導體層240，而第一N型半導體層110則直接接觸發光層130。
此外，在本實施例中，半導體發光元件100更包括一第一電極210及一第二電極220，第一電極210電性連接至N型半導體層240，例如是配置於N型半導體層240上，且第二電極220配置於接觸層180上。在其他實施例中，第一電極210亦可以是電性連接至第一N型半導體層110，例如是配置於第一N型半導 體層110上。
在本實施例中，半導體發光元件100更包括一透明導電層190(例如氧化銦錫層)，配置於接觸層180上，而第二電極220則配置於透明導電層190上。接觸層180用以降低透明導電層190與P型半導體層120之間的接觸電阻。在本實施例中，接觸層180為歐姆接觸層，其為高濃度的P型摻雜層或N型摻雜層。在一實施例中，接觸層180中的電子施體(donor)或電子受體(acceptor)的濃度大於或等於1020元子數/立方公分，因此接觸層180的導電率類似導體所具有的導電率。舉例而言，接觸層180為P型氮化銦鎵層，例如為摻雜鎂的氮化銦鎵層。此外，在一實施例中，接觸層例如是含氧的P型氮化銦鎵層。
在本實施例中，半導體發光元件100更包括一基板140、一成核層(nucleation layer)150、一緩衝層160及一未刻意摻雜的半導體層(unintentionally doped semiconductor layer)170。在本實施例中，基板140為一圖案化藍寶石基板(patterned sapphire substrate)，其具有表面圖案142(例如凸起圖案)，以提供光散射效果，進而增加光取出率。基板140上依序堆疊有成核層150、緩衝層160及未刻意摻雜的半導體層170。在本實施例中，成核層150及緩衝層160的材質例如皆為未刻意摻雜的氮化鎵或氮化鋁。在本發明的實施例中，「未刻意摻雜」是指未在製程中刻意將半導體材料作成P型摻雜的半導體材料或N型摻雜的半導體材料。
在本實施例中，形成具有非均向性電阻率的第一N型半 導體層110的方法為在基板140上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層。由於在高溫的條件下成長這些交替的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，因此當第一N型半導體層110形成完畢時，這些交替形成的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層融合在一起而形成單一層的N型氮化鋁鎵層。然而，利用此方式所形成的單一層的N型氮化鋁鎵層可具有上述非均向性的電阻率。
此外，在本實施例中，未刻意摻雜的半導體層170位於第一N型半導體層110與基板140之間，且含有鋁。在本實施例中，形成未刻意摻雜的半導體層170的方法可以是在基板140上交替形成多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層。由於這些交替的多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層是在高溫的條件下成長而成，因此當未刻意摻雜的半導體層170形成完畢時，這些交替形成的多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層融合在一起而形成單一層的氮化鋁鎵層。然而，在其他實施例中，未刻意摻雜的半導體層170亦可以是一未刻意摻雜的氮化鎵層。此外，在其他實施例中，未刻意摻雜的半導體層170亦可以被取代為一第二N型半導體層，其含有鋁。此外，此第二N型半導體層中的鋁濃度大於第一N型半導體層110中的鋁濃度。在一實施例中，此第二N型半導體層中的鋁濃度是落在0.5至40的範圍內，且第一N型半導體層110中的鋁濃度是落在0.5至25的範圍內。
在本實施例中，形成此第二N型半導體層的方法可以是 在基板140上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層。由於這些交替形成的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層是在高溫的條件下成長而成，因此當此第二N型半導體層形成完畢時，這些交替形成的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層融合在一起而形成單一層的N型氮化鋁鎵層。以此方式所形成的第二N型半導體層的電阻率亦可具有上述非均向性。
在本實施例中，半導體發光元件100更包括一差排終止層230，其配置於第一N型半導體層110與未刻意摻雜的半導體層170之間，而緩衝層160配置於未刻意摻雜的半導體層170與基板140之間。差排終止層230例如為氮化鋁層或氮化鋁鎵層，其用以終止其下方的膜層(如緩衝層160與未刻意摻雜的半導體層170)在成長過程中所累積的差排，以使差排終止層230上方的膜層的磊晶品質可以更好。若將未刻意摻雜的半導體層170取代為上述第二N型半導體層時，則差排終止層230可位於第一N型半導體層110與此第二N型半導體層之間。或者，差排終止層230亦可以是位於此第二N型半導體層與緩衝層160之間。或者，在其他實施例中，半導體發光元件100也可以不具有差排終止層230。
圖2為本發明之另一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例之半導體發光元件100a與圖1之半導體發光元件100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之 半導體發光元件100a中，第一N型半導體層110a包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層112與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層114。本實施例之第一N型半導體層110a的形成方式與圖1之第一N型半導體層110的形成方式類似，都是以交替地形成多個N型氮化鎵層112與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層114來實現，只是第一N型半導體層110a可以被以精密的儀器(例如組成分析儀器)看出有交替地堆疊的多個N型氮化鎵層112與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層114存在，而不是融合成單一層的N型氮化鋁鎵層。
此外，在本實施例中，未刻意摻雜的半導體層170a包括交替堆疊的多個氮化鎵層172與多個氮化鋁鎵層174。本實施例之未刻意摻雜的半導體層170a的形成方式與圖1之未刻意摻雜的半導體層170的形成方式類似，都是以交替地形成多個氮化鎵層172與多個氮化鋁鎵層174來實現，只是未刻意摻雜的半導體層170a可以被以精密的儀器(例如組成分析儀器)看出有交替地堆疊的多個氮化鎵層172與多個氮化鋁鎵層174存在，而不是融合成單一層的氮化鋁鎵層。在另一實施例中，未刻意摻雜的半導體層170a亦可以包括交替堆疊的可以精密儀器看出的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層。
圖3為本發明之又一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。本實施例之半導體發光元件100b與圖1之半導體發光元件100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之半導體發光元件100b中，發光層130與第一N型半導體層110之間並無N型半導 體層240存在，而第一N型半導體層110與發光層直接接觸，且第一電極210配置於第一N型半導體層110上。此外，半導體發光元件100b包括上述用以取代未刻意摻雜的半導體層170的第二N型半導體層170b。在本實施例中，第一N型半導體層110與第二N型半導體層170b之間可以沒有如圖1之差排終止層230存在，而第二N型半導體層170b直接接觸緩衝層160。在另一實施例中，半導體發光元件100b亦可以不包括緩衝層160，而第二N型半導體層170b直接接觸成核層150。或者，在其他實施例中，半導體發光元件100b亦可以不具有第二N型半導體層170b，而第一N型半導體層110直接接觸緩衝層160或直接接觸成核層150(當半導體發光元件100b不具有緩衝層160的情況下)。
圖4為本發明之再一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。本實施例之半導體發光元件100c與圖1之半導體發光元件100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之半導體發光元件100c中，差排終止層230配置於未刻意摻雜的半導體層170與緩衝層160之間，且未刻意摻雜的半導體層170與第一N型半導體層110直接接觸。然而，在其他實施例中，未刻意摻雜的半導體層170亦可以用上述第二N型半導體層取代。
圖5為本發明之另一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。本實施例之半導體發光元件100d與圖1之半導體發光元件100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之半導體發光元件100d中，第一N型半導體層110直接接觸第二N型半導體層170b (類似圖3的第二N型半導體層170b，也就是用以取代圖1的未刻意摻雜的半導體層170的上述第二N型半導體層)，且第二N型半導體層170b直接接觸成核層150。
圖6為本發明之又一實施例之半導體發光元件的剖面示意圖。請參照圖6，本實施例之半導體發光元件100e與圖1之半導體發光元件100類似，而兩者的主要差異如下所述。圖1之半導體發光元件100為水平式發光二極體，其第一電極210與第二電極220皆位於半導體發光元件100的同一側，本實施例之半導體發光元件100e為垂直式發光二極體，其第一電極210e與第二電極220位於半導體發光元件100的相對兩側。在本實施例中，第一電極210e為配置於第一N型半導體層110之背對發光層130的表面上之電極層。然而，在其他實施例中，第一電極210e與第一N型半導體層110之間亦可配置有導電基板，也就是第一電極210e與第一N型半導體層110分別配置於此導電基板的相對兩表面上。
圖7A與圖7B為用以繪示本發明之一實施例之半導體發光元件的製作方法的流程的剖面示意圖。請參照圖7A、圖7B與圖1，本實施例之半導體發光元件的製作方法可用以製作上述各實施例的半導體發光元件(包括半導體發光元件100、100a~100e，而以下以製作半的體發光元件100為例來進行說明。本實施例之半導體發光元件的製作方法包括下列步驟。首先，請先參照圖7A，先提供基板140。然後，在基板140上交替形成上述多個N型氮 化鎵層與上述多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成第一N型半導體層110。之後，在第一N型半導體層110上形成一發光層130。此後，在發光層130上形成P型半導體層120。
在本實施例中，在形成第一N型半導體層110之前，可先在基板140上交替形成多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層，以構成未刻意摻雜的半導體層170，其中第一N型半導體層110是形成於未刻意摻雜的半導體層170上。在其他實施例中，亦可以是在形成第一N型半導體層110之前，先在基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成上述第二N型半導體層，其中第一N型半導體層110是形成於此第二N型半導體層上。
具體而言，在本實施例中，可在基板140上依序形成成核層150、緩衝層160、未刻意摻雜半導體層170、差排終止層230、第一N型半導體層110、N型半導體層240、發光層130、P型半導體層120、接觸層180及透明導電層190。
然後，在本實施例中，如圖7B所繪示，在部分區域對N型半導體層240以上的各膜層(可包括發光層130、P型半導體層120、接觸層180及透明導電層190)及N型半導體層240在此部分區域的上部作蝕刻，以形成如圖7B所繪示的下陷部分，進而曝露出在此部分區域中的N型半導體層240。在另一實施例中，也可以是在此部分區域對第一N型半導體層240以上的各膜層及第一N型半導體層240在此部分區域的上部作蝕刻，以在此部分區 域中曝露出第一N型半導體層240。
之後，如圖1所繪示，分別於N型半導體層240(或第一N型半導體層240)被曝露出的部分上及透明導電層190上分別形成第一電極210與第二電極220，即完成半導體發光元件100的製作。
綜上所述，在本發明的實施例的半導體發光元件中，由於第一N型半導體層含有鋁，因此第一N型半導體層的能隙會被提高，而與發光層的能隙具有較大的差異，所以可降低第一N型半導體層吸收發光層所發出的光的比例，進而提升半導體發光元件的發光效率。此外，在本發明的實施例的半導體發光元件中，由於第一N型半導體層的電阻率具有非均向性，因此電子在第一N型半導體層中的漂移範圍可以較大，以抑制電流擁擠效應，進而提升半導體發光元件的發光效率與發光均勻度。在本發明的實施例的半導體發光元件的製作方法中，由於在基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成第一N型半導體層，因此電子在第一N型半導體層中較易在橫向上擴散。如此一來，便可有效抑制電流擁擠效應，進而提升半導體發光元件的發光效率與發光均勻度。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧半導體發光元件
110‧‧‧第一N型半導體層
120‧‧‧P型半導體層
130‧‧‧發光層
140‧‧‧基板
142‧‧‧表面圖案
150‧‧‧成核層
160‧‧‧緩衝層
170‧‧‧未刻意摻雜的半導體層
180‧‧‧接觸層
190‧‧‧透明導電層
210‧‧‧第一電極
220‧‧‧第二電極
230‧‧‧差排終止層
240‧‧‧N型半導體層
D1‧‧‧厚度方向
D2‧‧‧方向

Claims (17)

  1. 一種半導體發光元件，包括：一第一N型半導體層，其N型摻雜的濃度大於或等於5×1018原子數/立方公分，其中該第一N型半導體層包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，該第一N型半導體層的電阻率具有非均向性，且該第一N型半導體層在厚度方向上的電阻率大於在垂直於該厚度方向的方向上的電阻率；一P型半導體層；一發光層，配置於該第一N型半導體層與該P型半導體層之間，其中該發光層所發出的光包括藍光、紫外光或其組合；以及一N型半導體層，配置於該發光層與該第一N型半導體層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體發光元件，其中該N型摻雜為矽。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體發光元件，更包括：一基板；一未刻意摻雜的半導體層，配置於該基板上，且位於該第一N型半導體層與該基板之間，其中該未刻意摻雜的半導體層含有鋁；以及一差排終止層，配置於該第一N型半導體層與該未刻意摻雜的半導體層之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的半導體發光元件，其中該未刻意摻雜的半導體層包括交替堆疊的多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的半導體發光元件，更包括一緩衝層，配置於該未刻意摻雜的半導體層與該基板之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體發光元件，更包括：一基板；以及一第二N型半導體層，配置於該基板上，且位於該第一N型半導體層與該基板之間，其中該第二N型半導體層含有鋁。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的半導體發光元件，更包括一差排終止層，配置於該第一N型半導體層與該第二N型半導體層之間。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的半導體發光元件，更包括：一緩衝層，配置於該第二N型半導體層與該基板之間；以及一差排終止層，配置於該第二N型半導體層與該緩衝層之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的半導體發光元件，其中該第二N型半導體層中的鋁濃度大於該第一N型半導體層中的鋁濃度。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的半導體發光元件，其中該第二N型半導體層包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層與多個未 刻意摻雜的氮化鋁鎵層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的半導體發光元件，其中該第二N型半導體層的電阻率具有非均向性。
  12. 一種半導體發光元件，包括：一基板；一第一N型半導體層，配置於該基板上，包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，且其電阻率具有非均向性；一第二N型半導體層，配置於該基板上且位於該第一N型半導體層與該基板之間，包括交替堆疊的多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，且該第二N型半導體層的電阻率具有非均向性；一差排終止層，配置於該第一N型半導體層與該第二N型半導體層之間；一P型半導體層，配置於該第一N型半導體層上；以及一發光層，配置於該第一N型半導體層與該P型半導體層之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體發光元件，其中該第二N型半導體層中的鋁濃度大於該第一N型半導體層中的鋁濃度。
  14. 一種半導體發光元件的製作方法，包括：提供一基板； 在該基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成一第一N型半導體層，其中該第一N型半導體層的電阻率具有非均向性，且該第一N型半導體層在厚度方向上的電阻率大於在垂直於該厚度方向的方向上的電阻率；在該第一N型半導體層上形成一N型半導體層；在該N型半導體層上形成一發光層；以及在該發光層上形成一P型半導體層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的半導體發光元件的製作方法，更包括：在形成該第一N型半導體層之前，先在該基板上交替形成多個氮化鎵層與多個氮化鋁鎵層，以構成一未刻意摻雜的半導體層，其中該第一N型半導體層是形成於該未刻意摻雜的半導體層上。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的半導體發光元件的製作方法，更包括：在形成該第一N型半導體層之前，先在該基板上交替形成多個N型氮化鎵層與多個未刻意摻雜的氮化鋁鎵層，以構成一第二N型半導體層，其中該第一N型半導體層是形成於該第二N型半導體層上，且該第二N型半導體層中的鋁濃度大於該第一N型半導體層中的鋁濃度。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的半導體發光元件的製作方法，其中該第一N型半導體層的N型摻雜的濃度大於或等於5 ×1018原子數/立方公分。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090283782A1 (en) * 2005-11-22 2009-11-19 Rohm Co., Ltd. Nitride Semiconductor Device
TW201044637A (en) * 2009-03-06 2010-12-16 Showa Denko Kk Group III nitride compound semiconductor light emitting device and production method thereof, and lamp
US20130032836A1 (en) * 2011-08-02 2013-02-07 Bridgelux, Inc. N-type gallium-nitride layer having multiple conductive intervening layers

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4018177B2 (ja) * 1996-09-06 2007-12-05 株式会社東芝 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
US5838707A (en) * 1996-12-27 1998-11-17 Motorola, Inc. Ultraviolet/visible light emitting vertical cavity surface emitting laser and method of fabrication
WO1999005728A1 (en) * 1997-07-25 1999-02-04 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
US6841800B2 (en) * 1997-12-26 2005-01-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor
JP3846150B2 (ja) * 2000-03-27 2006-11-15 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子および電極形成方法
US6822272B2 (en) * 2001-07-09 2004-11-23 Nichia Corporation Multilayered reflective membrane and gallium nitride-based light emitting element
US6795478B2 (en) * 2002-03-28 2004-09-21 Applied Optoelectronics, Inc. VCSEL with antiguide current confinement layer
WO2004015784A2 (en) * 2002-07-31 2004-02-19 Firecomms Limited A light emitting diode
TW561637B (en) * 2002-10-16 2003-11-11 Epistar Corp LED having contact layer with dual dopant state
JP3708114B2 (ja) * 2003-04-15 2005-10-19 松下電器産業株式会社 バリスティック半導体素子
US7115908B2 (en) * 2004-01-30 2006-10-03 Philips Lumileds Lighting Company, Llc III-nitride light emitting device with reduced polarization fields
US9524869B2 (en) * 2004-03-11 2016-12-20 Epistar Corporation Nitride-based semiconductor light-emitting device
WO2005101532A1 (ja) * 2004-04-16 2005-10-27 Nitride Semiconductors Co., Ltd. 窒化ガリウム系発光装置
US7714359B2 (en) * 2005-02-17 2010-05-11 Panasonic Corporation Field effect transistor having nitride semiconductor layer
JP2006332205A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Rohm Co Ltd 窒化物半導体発光素子
KR20070062686A (ko) * 2005-12-13 2007-06-18 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광 소자 및 제조 방법
KR100665364B1 (ko) * 2005-12-28 2007-01-09 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광 소자
JP5179023B2 (ja) * 2006-05-31 2013-04-10 パナソニック株式会社 電界効果トランジスタ
EP1883141B1 (de) * 2006-07-27 2017-05-24 OSRAM Opto Semiconductors GmbH LD oder LED mit Übergitter-Mantelschicht
US8513643B2 (en) * 2006-09-06 2013-08-20 Palo Alto Research Center Incorporated Mixed alloy defect redirection region and devices including same
KR100868530B1 (ko) * 2006-12-04 2008-11-13 한국전자통신연구원 질화물 반도체 발광 소자
WO2008121978A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-09 The Regents Of The University Of California Dual surface-roughened n-face high-brightness led
KR100835116B1 (ko) * 2007-04-16 2008-06-05 삼성전기주식회사 질화물 반도체 발광 소자
US20080259980A1 (en) * 2007-04-19 2008-10-23 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Semiconductor Light Emitting Device Including Oxide Layer
JP2008270521A (ja) * 2007-04-20 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電界効果トランジスタ
KR101316492B1 (ko) * 2007-04-23 2013-10-10 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법
US20090001389A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-01 Motorola, Inc. Hybrid vertical cavity of multiple wavelength leds
TW200903838A (en) * 2007-07-06 2009-01-16 Huga Optotech Inc Optoelectronic device and the forming method thereof
TW200903839A (en) * 2007-07-06 2009-01-16 Huga Optotech Inc Optoelectronic device and the forming method thereof
TWI416615B (zh) * 2007-10-16 2013-11-21 Epistar Corp 分離二種材料系統之方法
CN102017200B (zh) * 2008-04-25 2013-07-10 Lg伊诺特有限公司 发光器件和制造发光器件的方法
JP5504618B2 (ja) * 2008-12-03 2014-05-28 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP4375497B1 (ja) * 2009-03-11 2009-12-02 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法
JP4681684B1 (ja) * 2009-08-24 2011-05-11 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 窒化物半導体素子およびその製造方法
JP2011082216A (ja) * 2009-10-02 2011-04-21 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置及びその製造方法
US20110169138A1 (en) * 2009-11-03 2011-07-14 The Regents Of The University Of California TECHNIQUES FOR ACHIEVING LOW RESISTANCE CONTACTS TO NONPOLAR AND SEMIPOLAR P-TYPE (Al,Ga,In)N
US8071401B2 (en) * 2009-12-10 2011-12-06 Walsin Lihwa Corporation Method of forming vertical structure light emitting diode with heat exhaustion structure
JP5549338B2 (ja) * 2010-04-09 2014-07-16 ウシオ電機株式会社 紫外光放射用窒素化合物半導体ｌｅｄおよびその製造方法
JP5842324B2 (ja) * 2010-11-05 2016-01-13 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャル基板
US8748867B2 (en) * 2011-01-26 2014-06-10 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device
CN103283043A (zh) * 2011-04-08 2013-09-04 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体元件及其制造方法
US9012921B2 (en) * 2011-09-29 2015-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Light emitting devices having light coupling layers
US9178114B2 (en) * 2011-09-29 2015-11-03 Manutius Ip, Inc. P-type doping layers for use with light emitting devices
US20130082274A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Bridgelux, Inc. Light emitting devices having dislocation density maintaining buffer layers
US8853668B2 (en) * 2011-09-29 2014-10-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Light emitting regions for use with light emitting devices
KR20130042784A (ko) * 2011-10-19 2013-04-29 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자
US9054232B2 (en) * 2012-02-28 2015-06-09 Koninklijke Philips N.V. Integration of gallium nitride LEDs with aluminum nitride/gallium nitride devices on silicon substrates for AC LEDs
KR101903361B1 (ko) * 2012-03-07 2018-10-04 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
EP2662884B1 (en) * 2012-05-09 2015-04-01 Nxp B.V. Group 13 nitride semiconductor device and method of its manufacture
KR102042181B1 (ko) * 2012-10-22 2019-11-07 엘지이노텍 주식회사 발광소자
JP6271934B2 (ja) * 2012-11-02 2018-01-31 キヤノン株式会社 窒化物半導体面発光レーザ及びその製造方法
US9178109B2 (en) * 2013-02-17 2015-11-03 Tien Yang Wang Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
US20140291613A1 (en) * 2013-03-27 2014-10-02 Genesis Photonics Inc. Multiple quantum well structure
JP5698321B2 (ja) * 2013-08-09 2015-04-08 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子ならびにこれらの製造方法
KR20150039475A (ko) * 2013-10-02 2015-04-10 엘지이노텍 주식회사 발광소자
KR102122358B1 (ko) * 2014-01-20 2020-06-15 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자
JP2015176936A (ja) * 2014-03-13 2015-10-05 株式会社東芝 半導体装置
KR102212561B1 (ko) * 2014-08-11 2021-02-08 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자 패키지
TWI568016B (zh) * 2014-12-23 2017-01-21 錼創科技股份有限公司 半導體發光元件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090283782A1 (en) * 2005-11-22 2009-11-19 Rohm Co., Ltd. Nitride Semiconductor Device
TW201044637A (en) * 2009-03-06 2010-12-16 Showa Denko Kk Group III nitride compound semiconductor light emitting device and production method thereof, and lamp
US20130032836A1 (en) * 2011-08-02 2013-02-07 Bridgelux, Inc. N-type gallium-nitride layer having multiple conductive intervening layers

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Publication number Publication date
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