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主要于发光层与p型载子阻隔层间配置有一应力控制层，p型载子阻隔层由AlxGa1‑xN表示的材料所构成(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201310029711.7，专利技术名称为“氮化物半导体结构及半导体发光元件”的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，尤其是指一种于发光层与p型载子阻隔层间配置有AlxInyGa1-x-yN材料所构成的一应力控制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。一般而言，氮化物发光二极管是将一缓冲层先形成于基板上，再于缓冲层上依序磊晶成长n型半导体层、发光层以及p型半导体层；接着，利用微影与蚀刻工艺移除部分的p型半导体层、部分的发光层，直至暴露出部分的n型半导体层为止；然后，分别于n型半导体层的暴露部分以及p型半导体层上形成n型电极与p型电极，而制作出发光二极管；其中，发光层为多重量子阱结构(MQW)，而多重量子阱结构包括以重复的方式交替设置的量子阱层(well)和量子阻障层(barrier)，因为量子阱层具有相对量子阻障层较低的能隙，使得在上述多重量子阱结构中的每一个量子阱层可以在量子力学上限制电子和电洞，造成电子和电洞分别从n型半导体层和p型半导体层注入，并在量子阱层中结合，而发射出光子。然而，上述的发光二极管因诸多因素(例如：电流拥塞(currentcrowding)、差排缺陷(dislocation)等)，进而影响其发光效率；理论上，发光二极管的发光效率取决于外部量子效率与其本身的内部量子效率(internalquantumefficiency)及光取出效率(light-extractionefficiency)；所谓的内部量子效率是由材料特性及质量所决定，至于光取出效率则是从元件内部发出至周围空气的辐射比例，光取出效率取决于当辐射离开元件内部时所发生的损耗，造成上述损耗的主要原因之一是由于形成元件的表面层的半导体材料具有高折射系数(refractioncoefficient)，导致光在该材料表面产生全反射(totalreflection)而无法发射出去，而若光取出效率提升，则半导体发光元件的外部量子效率亦随之提升；因此，针对提升内部量子效率以及光取出效率，近几年已发展出许多技术，例如使用铟锡氧化物(IndiumTinOxide；ITO)当电流传输层、采用覆晶结构(flip-chip)、利用图形化(PSS)的蓝宝石基板，以及使用电流阻挡层(currentblocklayer；CBL)等；其中，于提升内部量子效率的技术中，亦有业者于多重量子阱结构与p型半导体层之间配置有一层高能隙(bandgap)的p型载子阻隔层(p-AlGaN)，使得更多的载子被局限在量子阱层中，以提高电子电洞覆合的机率，增加发光效率，进而达到发光二极管亮度提升的功效。而利用p-AlGaN作为p型载子阻隔层的方法虽可将载子有效地限制在量子阱层内，以提升发光二极管的内部量子效率；然而，由于多重量子阱结构一般是以InGaN的量子阱层以及GaN的量子阻障层所形成，而本质上，p-AlGaN的p型载子阻隔层和GaN的量子阻障层具有非常高的晶格错配，使得InGaN量子阱层因晶格错配会严重地受到压缩应力的作用，而这种压缩应力改变了每一个量子阱层的能带结构，从而使在量子阱层内的电子和电洞在空间上彼此分开，导致发光二极管的发光效率降低；再者，上述压缩应力亦会劣化相邻的GaN量子阻障层和InGaN量子阱层之间的界面特性，从而在界面处损失载子，亦影响发光二极管的发光效率。鉴于上述现有的氮化物半导体发光二极管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结构及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，其于发光层与p型载子阻隔层间配置有AlxInyGa1-x-yN材料所构成的一应力控制层，以改善p型载子阻隔层与发光层所产生的晶格失配造成晶体质量劣化的问题，增加磊晶良率，并进一步减低量子阱层受到压缩应力的影响，有效地将电子电洞局限于每一个量子阱层内，由此提升内部量子效率，使得半导体发光元件可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，其主要于发光层与一p型载子阻隔层间配置有一应力控制层，所述发光层具有多重量子阱结构，且所述多重量子阱结构包含多个彼此交替堆栈的阱层及阻障层，且每两层所述阻障层间具有一所述阱层，所述p型载子阻隔层由化学式AlxGa1-xN表示的材料所构成，其中0<x<1，而所述应力控制层为AlxInyGa1-x-yN表示的材料所构成，其中，x及y满足0<x<1、0<y<1、0<x+y<1的数值。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述的氮化物半导体结构中，所述应力控制层掺杂有浓度小于1019cm-3的p型掺质。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述的氮化物半导体结构中，所述应力控制层掺杂有浓度小于1019cm-3的n型掺质。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述的氮化物半导体结构中，所述应力控制层的铟含量等于或低于所述多重量子阱结构的阱层的铟含量。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述的氮化物半导体结构中，所述应力控制层的厚度为2-15nm。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述的氮化物半导体结构中，所述应力控制层的厚度小于所述多重量子阱结构的阱层的厚度。根据本专利技术的具体实施方式，优选地，在上述的氮化物半导体结构中，所述阻障层掺杂有浓度为1016-1018cm-3的n型掺质。本专利技术的氮化物半导体结构主要于发光层与一p型载子阻隔层间配置有一应力控制层，发光层具有多重量子阱结构(MQW)，且多重量子阱结构包含多个彼此交替堆栈的阱层及阻障层，且每两层阻障层间具有一阱层，其中，阻障层可掺杂有浓度为1016-1018cm-3的n型掺质，使得阻障层可以减少载子遮蔽效应，更增加载子局限效应，而p型载子阻隔层由化学式AlxGa1-xN表示的材料所构成，其中0<x<1，而应力控制层是由AlxInyGa1-x-yN表示的材料所构成，其中，x及y满足0<x<1、0<y<1、0<x+y<1的数值；此外，可进一步控制应力控制层中铟的含量，使应力控制层的铟含量等于或低于多重量子阱结构的阱层的铟含量，进而形成能隙大于阱层的应力控制层，使得载子可局限在多重量子阱结构的阱层中，以增加电子电洞覆合的机率，提升内部量子效率。再者，上述的应力控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化物半导体结构，包括：一第一型半导体层；一发光层，包括一多重量子阱结构，其中该多重量子阱结构包含彼此交替堆叠的多个阱层及多个阻障层；一第二型半导体层；一GaN基础的载子阻隔层，含有铝且配置于该发光层与该第二型半导体层之间；以及一GaN基础的应力控制层，含有铝和铟且配置于该发光层与该GaN基础的载子阻隔层之间，其中该GaN基础的应力控制层中的铝浓度小于或等于该GaN基础的载子阻隔层中的铝浓度。

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体结构，包括：一第一型半导体层；一发光层，包括一多重量子阱结构，其中该多重量子阱结构包含彼此交替堆叠的多个阱层及多个阻障层；一第二型半导体层；一GaN基础的载子阻隔层，含有铝且配置于该发光层与该第二型半导体层之间；以及一GaN基础的应力控制层，含有铝和铟且配置于该发光层与该GaN基础的载子阻隔层之间，其中该GaN基础的应力控制层中的铝浓度小于或等于该GaN基础的载子阻隔层中的铝浓度。2.一种氮化物半导体结构，包括：一第一型半导体层；一发光层，包括一多重量子阱结构，其中该多重量子阱结构包含彼此交替堆叠的多个阱层及多个阻障层；一超晶格层配置于该发光层与该第一型半导体层之间，一第二型半导体层；一GaN基础的载子阻隔层，含有铝且配置于该发光层与该第二型半导体层之间；以及一GaN基础的应力控制层，含有铝和铟且配置于该发光层与该GaN基础的载子阻隔层之间，其中该GaN基础的应力控制层中的铝浓度小于或等于该GaN基础的载子阻隔层中的铝浓度，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄吉丰，林京亮，王信介，吴俊德，李玉柱，李俊杰，
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