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电洞提供层，电洞提供层为氮化铟镓InxGa1-xN(0＜x＜1)，且电洞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电洞浓度，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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】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。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电洞提供层，电洞提供层为氮化铟镓InxGa1-xN(0＜x＜1)，且电洞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电洞浓度，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。【专利说明】氮化物半导体结构及半导体发光元件
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，尤其是指一种具有电洞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
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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A1N，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，造成提供的电洞浓度大幅地下降，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型掺质大去作用，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，使得电洞活化的效率极低(不到10%);所以P型氮化镓的电洞浓度难以提高；因此，为了得到高的电洞浓度，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大，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，其通过电洞提供层掺杂第四主族元素来提高电洞浓度，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，进而使得电洞提供层具有更高电洞浓度，由此提供更多的电洞进入发光层，增加电子电洞结合的情况，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电洞提供层，所述电洞提供层为氮化铟镓InxGai_xN，其中O<X < 1，且所述电洞提供层掺杂有浓度为1017-102°cm_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，所述电洞提供层掺杂有浓度大于IO18CnT3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，且所述电洞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，所述电洞提供层的厚度为l-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，所述电洞提供层为氮化铟镓InxGa^N,其中x为O < 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，所述电洞提供层与所述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电洞提供层，所述电洞提供层为氮化铟镓InxGai_xN，其中O < x < 1，优选地，x的数值范围为O < X≤0.1 ;此外，所述电洞提供层掺杂有浓度为1017-102°cm_3的第四主族元素，若第四主族元素掺杂浓度小于1017cm_3，无法具有电洞提供的效果，若第四主族元素掺杂浓度大于102°cm_3，则会产生阻值变高的问题，优选的掺杂浓度为8 X 1017-5 X 1018cm_3，其中，所述第四主族元素可例如为碳。此外，上述的电洞提供层掺杂有浓度大于IO18CnT3的P型掺质，且电洞提供层的厚度为1-1OOnm ;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；且电洞提供层的能隙是大于多重量子井结构的井层的能隙，使得电洞可进入多重量子井结构的井层中，以增加电子与电洞结合机率，进一步提升发光效率。另外，在本专利技术的一实施例中，电洞提供层与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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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电洞提供层，所述电洞提供层为氮化铟镓InxGa1‑xN，其中0＜x＜1，且所述电洞提供层掺杂有浓度为1017‑1020cm‑3的第四主族元素。

【技术特征摘要】

【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