[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: 201810450545.0
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN108321267A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 吳俊德;李玉柱
• 申請（專利權）人: 新世紀光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/14;H01L33/32
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 吳志紅;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包含一N型半導體層以及一P型半導體層，于N型半導體層與P型半導體層間配置有一發光層，發光層與P型半導體層間配置有一空穴提供層，空穴提供層為氮化銦鎵In_xGa_1?xN(0<x<1)，且空穴提供層摻雜有濃度為10¹⁷?10²⁰cm^?3的第四主族元素。該半導體發光元件于一基板上包含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。通過摻雜第四主族元素可提高空穴濃度，并降低因Mg?H鍵結所造成的不活化現象，使Mg活化而具有受體的有效作用，進而增加發光效率。

本發明是2013年01月25日所提出的申請號為201310029644.9、發明名稱為《氮化物半導體結構及半導體發光元件》的發明專利申請的分案申請。

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，尤其是指一種具有空穴提供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。

第三主族氮化物如氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)以及氮化鋁(AlN)等材料具有一寬能帶間隙，在光電半導體元件中扮演相當重要的角色，其能帶范圍從直接帶隙為0.7eV的InN，到3.4eV的GaN，甚至于6.2eV的AlN，發出的光波長范圍從紅、綠、藍、到深紫外線；而第三主族氮化物半導體于作為發光元件上需要PN接合，具體而言，必須形成N型氮化物半導體層以及P型氮化物半導體層，而一般是以摻雜如Si或Sn等N型摻質以形成N型氮化物半導體層，而在形成P型氮化物半導體層上，一般是使用Mg作為P型摻質；然而，Mg容易與H鍵結，形成鎂-氫復合物(Mg-H Complexes)，導致上述的P型摻質無法發揮受體的性質，造成提供的空穴濃度大幅地下降，使得發光元件無法發揮正常的效能，也因此具有低阻抗(low-resistance)的P型氮化物半導體層并不容易通過傳統的技術來形成。

舉例而言，在形成由P型氮化物所組成的半導體層(例如氮化鎵)的時候，通常會使用NH₃氣體來作為氮的來源，于磊晶過程中(例如氣相沉積等)，高溫會使得NH₃分解產生氮原子與氫原子，氫原子會與在上述半導體層中用來作為受體的P型摻質(例如Mg)形成鍵結，使得上述的P型摻質失去作用，導致摻雜濃度無法有效提升；再者，又由于鎂在氮化鎵中的活化能非常大，使得空穴活化的效率極低(不到10％)；所以P型氮化鎵的空穴濃度難以提高；因此，為了得到高的空穴濃度，必須減少Mg和H結合，以使得P型氮化鎵可以呈現出足夠低的阻抗，進而達到更佳的發光效率。

鑒于上述現有的氮化物半導體發光元件在實際實施上仍具有多處的缺失，因此，研發出一種新型的氮化物半導體發光元件仍是本領域亟待解決的問題之一。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的主要目的為提供一種氮化物半導體結構，其通過空穴提供層摻雜第四主族元素來提高空穴濃度，并降低因Mg-H鍵結所造成的不活化現象，使Mg活化而具有受體的有效作用，進而使得空穴提供層具有更高空穴濃度，由此提供更多的空穴進入發光層，增加電子空穴結合的情況，以獲得良好的發光效率。

本發明的另一目的為提供一種半導體發光元件，其至少包含有上述的氮化物半導體結構。