[发明专利]氮化物半导体结构及半导体发光元件

说明书

本发明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空穴提供层，空穴提供层为氮化铟镓In_xGa_1‑xN(0<x<1)，且空穴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空穴浓度，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。

技术领域

本发明有关于一种氮化物半导体结构及半导体发光元件，尤其是指一种具有空穴提供层的氮化物半导体结构及半导体发光元件，属于半导体技术领域。

背景技术

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AlN，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，造成提供的空穴浓度大幅地下降，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型掺质失去作用，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，使得空穴活化的效率极低(不到10％)；所以P型氮化镓的空穴浓度难以提高；因此，为了得到高的空穴浓度，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失，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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的主要目的为提供一种氮化物半导体结构，其通过空穴提供层掺杂第四主族元素来提高空穴浓度，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，进而使得空穴提供层具有更高空穴浓度，由此提供更多的空穴进入发光层，增加电子空穴结合的情况，以获得良好的发光效率。

本发明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。