[发明专利]固态发光半导体结构及其外延层成长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光结构，且特别是涉及一种固态发光半导体结构及其外延层成长方法。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)主要是通过电能转化为光能的方式发光。发光二极管的主要的组成材料是半导体，其中含有带正电的空穴比率较高的称为P型半导体，含有带负电的电子比率较高的称为N型半导体。P型半导体与N型半导体相接处形成PN接面。在发光二极管芯片的正极及负极两端施加电压时，电子将与空穴结合。电子与空穴结合后便以光的形式发出。

以氮化镓为材料的蓝光发光二极管，因材料受限而发展较为缓慢。以蓝宝石为外延承载基板为例，先形成缓冲层于基板上，再于缓冲层上生长出氮化镓，可获得品质较佳的氮化镓晶体。但蓝宝石基板会产生散热不佳的问题，必须再经由转移至高导热性的基板，才能提高发光二极管的散热效率。因此，现有的制作工艺提高制作成本，且增加制作工艺的困难度，并非十分理想。另一方面，若直接在低成本的硅基板上直接生长出氮化镓，则会形成多结晶的氮化镓，且在高温的结晶过程中容易产生裂痕，无法得到无裂痕且高品质的氮化镓晶体，有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态发光半导体结构及其外延层成长方法，其可制作出高品质及高发光效能的外延层。

根据本发明的一方面，提出一种固态发光半导体结构的外延层成长方法。此方法包括下列步骤。提供一基板。形成多个彼此互相间隔的凸出物于基板上。形成一缓冲层于此些凸出物上，并填满或部分填满此些凸出物彼此间的间隙。形成一半导体外延堆叠层于缓冲层上，半导体外延堆叠层包括依序形成的一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层。

根据本发明的另一方面，提出一种固态发光半导体结构，包括一基板、多个凸出物、一缓冲层以及一半导体外延堆叠层。凸出物彼此互相间隔地设于基板上。缓冲层位于些凸出物上并填满或部分填满此些凸出物彼此间的间隙。半导体外延堆叠层位于缓冲层上，其中半导体外延堆叠层依序包括一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1A～图1D为本发明一实施例的固态发光半导体结构的外延层成长方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例的固态发光半导体结构的示意图。

主要元件符号说明

100、100’：固态发光半导体结构

110：基板

112：凸出物

114：空隙

120：缓冲层

130：半导体外延堆叠层

131：未掺杂杂质氮化物外延层

132：第一型半导体层

134：有源层

136：第二型半导体层

具体实施方式

本实施例的固态发光半导体结构及其外延层成长方法，是利用气相沉积法将缓冲层形成于基板的凸出物上，并使缓冲层横向成长而填满基板凸出物彼此间的间隙，以减缓半导体基板与半导体外延堆叠层之间因晶格常数差异产生的应力，避免发生纵向的贯穿裂痕，以防止外延层的品质发生劣化。因此，经过长时间的结晶成长，半导体外延堆叠层成长的品质仍符合要求。

缓冲层的材质可选自氮化铝、氮化镓铝或碳化硅所构成的族群。此外，半导体外延堆叠层的材质可由周期表IIIA族元素的氮化物所构成。IIIA族元素包括硼、铝、镓、铟、铊或其组合。又，N型掺杂的半导体层可添加镁或钙等杂质，而P型掺杂的半导体层可添加硅、硫、硒、锑或锗等杂质。

以下是提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。

图1A～图1D绘示依照本发明一实施例的固态发光半导体结构的外延层成长方法的流程示意图。图2绘示依照本发明一实施例的固态发光半导体结构的示意图。固态发光半导体结构100可包括一基板110、多个凸出物112、一缓冲层120以及一半导体外延堆叠层130。以下介绍固态发光半导体结构100的外延层成长方法。

请先参照图1A～图1D。首先，提供一基板110。形成多个彼此互相间隔的凸出物112于基板110上。形成一缓冲层120于此些凸出物112上，并填满此些凸出物112彼此间的间隙。形成一半导体外延堆叠层130于缓冲层120上，半导体外延堆叠层130包括依序形成的一第一型半导体层132、一有源层134以及一第二型半导体层136。