氮化物半导体结构及半导体发光元件制造技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
氮化物半导体结构及半导体发光元件本申请是2013年1月25日申请的，申请号为201310029644.9，专利技术名称为“氮化物半导体结构及半导体发光元件”的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术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

技术介绍
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-HComplexes)，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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术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。本专利技术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，本专利技术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。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述氮化物半导体结构中，所述P型掺质为镁。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，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。根据本专利技术的具体实施方式，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。在本专利技术中，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。在本专利技术的一实施例中，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，在本专利技术的一实施例中，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。本专利技术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型半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：一N型复合半导体层；一发光层，位于所述N型半导体层上，并具有多重量子井结构，其中所述多重量子井结构由多个井层与多个阻障层交替堆叠而成；以及一P型复合半导体层，位于所述发光层上，其中所述P型复合半导体层之邻近于所述发光层的第一区的碳浓度高于所述P型复合半导体层之远离于所述发光层的第二区，且所述第一区的能隙大于所述多重量子井结构之所述井层的能隙。

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：一N型复合半导体层；一发光层，位于所述N型半导体层上，并具有多重量子井结构，其中所述多重量子井结构由多个井层与多个阻障层交替堆叠而成；以及一P型复合半导体层，位于所述发光层上，其中所述P型复合半导体层之邻近于所述发光层的第一区的碳浓度高于所述P型复合半导体层之远离于所述发光层的第二区，且所述第一区的能隙大于所述多重量子井结构之所述井层的能隙。2.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：一N型复合半导体层；一发光层，位于所述N型半导体层上；以及一P型复合半导体层，位于所述发光层上，其中所述P型复合半导体层之邻近于所述发光层的第一区的碳浓度高于所述P型复合半导体层之远离于所述发光层的第二区，且所述第一区的氢浓度低于所述第二区的氢浓度。3.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：一N型复合半导体层；一发光层，位于所述N型半导体层上；以及一P型复合半导体层，位于所述发光层上，其中所述P型复合半导体层之邻近于所述发光层的第一区的碳浓度高于所述P型复合半导体层之远离于所述发光层的第二区，所述第一区的材质包括铟，且所述P型复合半导体层之位在所述第一区与所述第二区之间的一第三区的材质包括铝。4.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：一N型复合半导体层；一发光层，位于所述N型半导体层上，并具有多重量子井结构，其中所述多重量子井结构由多个井层与多个阻障层交替堆叠而成；以及一P型复合半导体层，位于所述发光层上，其中所述P型复合半导体层包括邻近于所述发光层的第一区、远离于所述发光层的第二区与夹于所述第一区与所述第二区之间的一第三区，所述第一区的能隙大于所述多重量子井结构之所述井层的能隙，所述第一区的材质包括铟，且所述第三区的材质包括铝，且所述第一区掺杂四族元素的浓度大于所述第二区掺杂四族元素的浓度。5.一种氮化物半导体结构，其特征在于，包括：一N型复合半导体层；一发光层，位于所述N型...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊德，李玉柱，
申请(专利权)人：新世纪光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71