[發明專利]氮化物半導體結構及半導體發光元件

在審

• 申請號: 201310029711.7
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103972345A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 黃吉豐;林京亮;王信介;吳俊德;李玉柱;李俊杰
• 申請（專利權）人: 新世紀光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/06
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 馬雯雯;臧建明

本發明有關于一種氮化物半導體結構及半導體發光元件。該氮化物半導體結構主要于發光層與p型載子阻隔層間配置有一應力控制層，p型載子阻隔層由AlxGa1?xN表示的材料所構成(0<x<1)，而應力控制層由AlxInyGa1?x?yN表示的材料所構成(0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)，且發光層具有多個彼此交替堆棧的阱層及阻障層的多重量子阱結構，且每兩層阻障層間具有一阱層。該半導體發光元件至少包含如上述的氮化物半導體結構，以及二相配合地提供電能的n型電極與p型電極。由此，應力控制層不僅可改善p型載子阻隔層與發光層因晶格失配所造成晶體質量劣化的問題；同時，更可減低阱層因材料差異所受的壓縮應力。

技術領域

本發明有關于一種氮化物半導體結構及半導體發光元件，尤其是指一種于發光層與p型載子阻隔層間配置有AlxInyGa1-x-yN材料所構成的一應力控制層的氮化物半導體結構及半導體發光元件，屬于半導體技術領域。

背景技術

近年來，發光二極管的應用面日趨廣泛，已成為日常生活中不可或缺的重要元件；且發光二極管可望取代現今的照明設備，成為未來新世代的固態照明元件，因此發展高節能、高效率及更高功率的發光二極管將會是未來趨勢；氮化物LED由于具有元件體積小、無汞污染、發光效率高及壽命長等優點，已成為最新興光電半導體材料之一，而第三主族氮化物的發光波長幾乎涵蓋了可見光的范圍，更使其成為極具潛力的發光二極管材料。

一般而言，氮化物發光二極管是將一緩沖層先形成于基板上，再于緩沖層上依序磊晶成長n型半導體層、發光層以及p型半導體層；接著，利用微影與蝕刻工藝移除部分的p型半導體層、部分的發光層，直至暴露出部分的n型半導體層為止；然后，分別于n型半導體層的暴露部分以及p型半導體層上形成n型電極與p型電極，而制作出發光二極管；其中，發光層為多重量子阱結構(MQW)，而多重量子阱結構包括以重復的方式交替設置的量子阱層(well)和量子阻障層(barrier)，因為量子阱層具有相對量子阻障層較低的能隙，使得在上述多重量子阱結構中的每一個量子阱層可以在量子力學上限制電子和電洞，造成電子和電洞分別從n型半導體層和p型半導體層注入，并在量子阱層中結合，而發射出光子。

然而，上述的發光二極管因諸多因素(例如：電流擁塞(current crowding)、差排缺陷(dislocation)等)，進而影響其發光效率；理論上，發光二極管的發光效率取決于外部量子效率與其本身的內部量子效率(internal quantum efficiency)及光取出效率(light-extraction efficiency)；所謂的內部量子效率是由材料特性及質量所決定，至于光取出效率則是從元件內部發出至周圍空氣的輻射比例，光取出效率取決于當輻射離開元件內部時所發生的損耗，造成上述損耗的主要原因之一是由于形成元件的表面層的半導體材料具有高折射系數(refraction coefficient)，導致光在該材料表面產生全反射(totalreflection)而無法發射出去，而若光取出效率提升，則半導體發光元件的外部量子效率亦隨之提升；因此，針對提升內部量子效率以及光取出效率，近幾年已發展出許多技術，例如使用銦錫氧化物(Indium Tin Oxide；ITO)當電流傳輸層、采用覆晶結構(flip-chip)、利用圖形化(PSS)的藍寶石基板，以及使用電流阻擋層(current block layer；CBL)等；其中，于提升內部量子效率的技術中，亦有業者于多重量子阱結構與p型半導體層之間配置有一層高能隙(band gap)的p型載子阻隔層(p-AlGaN)，使得更多的載子被局限在量子阱層中，以提高電子電洞覆合的機率，增加發光效率，進而達到發光二極管亮度提升的功效。