[發(fā)明專利]氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體發(fā)光元件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710029565.6
• 申請(qǐng)日: 2013-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN107104174A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴彥霖;吳俊德;李玉柱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新世紀(jì)光電股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/14;H01L33/32
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11205
• 代理人: 馬雯雯,臧建明

相關(guān)分案申請(qǐng)

本申請(qǐng)案是發(fā)明名稱為“氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體發(fā)光元件”，申請(qǐng)?zhí)枮?01310029679.2的發(fā)明專利申請(qǐng)案的分案申請(qǐng),原申請(qǐng)案的申請(qǐng)日是2013年01日25日。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明有關(guān)于一種氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體發(fā)光元件，尤其是指一種有高摻雜濃度的第二型摻雜半導(dǎo)體層(大于5×10¹⁹cm^-3)，且其厚度小于30nm的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體發(fā)光元件，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一般而言，氮化物發(fā)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(zhǎng)n型氮化鎵(n-GaN)層、發(fā)光層以及p型氮化鎵(p-GaN)層；接著，利用微影與蝕刻工藝移除部分的p型氮化鎵層、部分的發(fā)光層，直至暴露出部分的n型氮化鎵層為止；然后，分別于n型氮化鎵層的暴露部分以及p型氮化鎵層上形成n型電極與p型電極，而制作出發(fā)光二極管；其中，發(fā)光層具有多重量子井結(jié)構(gòu)(MQW)，而多重量子井結(jié)構(gòu)包括以重復(fù)的方式交替設(shè)置的量子井層(well)和量子阻障層(barrier)，因?yàn)榱孔泳畬泳哂邢鄬?duì)量子阻障層較低的能隙，使得在上述多重量子井結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)量子井層可以在量子力學(xué)上限制電子和電洞，造成電子和電洞分別從n型氮化鎵層和p型氮化鎵層注入，并在量子井層中結(jié)合，而發(fā)射出光粒子。

眾所周知，發(fā)光二極管的亮度取決于內(nèi)部量子效率及光取出效率，其中內(nèi)部量子效率為電子與電洞結(jié)合的比例；然而，由于空氣與氮化鎵材料的折射率分別為1和2.4左右，根據(jù)全反射物理定律，氮化鎵的發(fā)光二極管能夠讓光射出表面進(jìn)入空氣的臨界角大約只有24度左右，導(dǎo)致光取出效率大約為4.34％，使得發(fā)光二極管發(fā)光層所產(chǎn)生的光因被氮化鎵與空氣接口的全反射，而局限在發(fā)光二極管內(nèi)部，造成光取出效率明顯偏低；因此，許多研究提出增加光取出效率的方法：例如其一是于p型氮化鎵層作表面處理，以破壞全反射條件，進(jìn)而提高光取出效率，而其中表面處理可例如是表面粗化、改變發(fā)光二極管的形貌等；其二為將n型氮化鎵層與基板分離，然后在n型氮化鎵層上形成粗糙結(jié)構(gòu)，最后再利用膠體將氮化鎵半導(dǎo)體層黏回基板上，由此提高光取出效率；然而，上述方法一只能對(duì)發(fā)光二極管芯片的頂部裸露的p型氮化鎵半導(dǎo)體層作處理，使得光取出效率仍是會(huì)受到一定程度的限制；而方法二過程相當(dāng)繁雜，且亦須考慮到膠體散熱不佳的問題，導(dǎo)致以上述二方法制作的發(fā)光二極管其整體發(fā)光效率無法有效的提升。

此外，由于p型氮化鎵層的摻雜濃度無法有效地提高，導(dǎo)致其電阻值偏大，使得當(dāng)電流由金屬電極傳導(dǎo)至GaN半導(dǎo)體層時(shí)，電流無法于p型氮化鎵層內(nèi)達(dá)到良好的電流擴(kuò)散，當(dāng)電流無法均勻分散也就造成發(fā)光的區(qū)域會(huì)被局限在金屬電極(n型電極與p型電極)的下方，亦造成發(fā)光二極管發(fā)光效率大為降低。

鑒于上述現(xiàn)有的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件在實(shí)際實(shí)施上仍具有多處的缺點(diǎn)，因此，研發(fā)出一種新型的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體發(fā)光元件仍是本領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明主要目的為提供一種氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其于第二型摻雜半導(dǎo)體層具有高摻雜濃度的第二型摻質(zhì)(大于5×10¹⁹cm^-3)，且其厚度小于30nm，以提升光取出效率。

本發(fā)明的另一目的為提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其至少包含有上述的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，使得半導(dǎo)體發(fā)光元件獲得良好的發(fā)光效率。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其主要包含有一第一型摻雜半導(dǎo)體層與一第二型摻雜半導(dǎo)體層，于所述第一型摻雜半導(dǎo)體層與所述第二型摻雜半導(dǎo)體層間配置有一發(fā)光層，其中，所述第二型摻雜半導(dǎo)體層摻雜有濃度大于5×10¹⁹cm^-3的第二型摻質(zhì)(優(yōu)選地，該第二型摻質(zhì)為鎂)，且所述第二型摻雜半導(dǎo)體層的厚度小于30nm。其中，優(yōu)選地，所述第二型摻雜半導(dǎo)體層是于大于300torr的相對(duì)高壓下形成。

根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式，優(yōu)選地，在上述氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，可于所述發(fā)光層與所述第二型摻雜半導(dǎo)體層間配置有一電洞提供層，所述電洞提供層為氮化鋁銦鎵Al_xIn_yGa_1-x-yN，其中0<x<1，0<y<1，0<x+y<1，且所述電洞提供層摻雜有濃度大于10¹⁸cm^-3的第二型摻質(zhì)。