发明名称 具有量子井与超晶格之III族氮化物型发光二极体结构,III族氮化物型量子井结构以及III族氮化物型超晶格结构
摘要 本发明揭示一种发光二极体,其提供具有一III族氮化物型超晶格,及在该超晶格上之一III族氮化物型活性区域。该活性区域具有至少一量子井结构。该量子井结构包含一第一III族氮化物型位障层,在该第一位障层上的一III族氮化物型量子井层,及一第二III族氮化物型位障层。本发明提供一种III族氮化物型半导体装置,及制造一III族氮化物型半导体装置之方法,其具有一活性区域,并包含至少一量子井结构。该量子井结构包含一含有一III族氮化物之井支撑层,在该井支撑层上包含一III族氮化物的一量子井层,及在该量子井层上包含一III族氮化物的一覆盖层。其亦提供一III族氮化物型半导体装置,其包含一氮化镓型超晶格,其具有至少两个周期的交替层InXGa1-XN及InYCa1-YN,其中0≦X<1及O≦Y<1,而X不等于Y。该半导体装置可为一具有一III族氮化物型活性区域之发光二极体。该活性区域可为一多重量子井活性区域。
申请公布号 TW544952 申请公布日期 2003.08.01
申请号 TW091111618 申请日期 2002.05.29
申请人 克立公司 发明人 安柏 克莉斯汀 艾芭芮;麦克 约翰 欧洛林;赫华 狄恩 诺德比二世;大卫 塔德 艾默森;詹姆士 艾贝森;麦克 约翰 伯格曼;凯瑟琳 玛莉 多佛史派克
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种III族氮化物型之发光二极体,其包含:一III族氮化物型超晶格;及在包含至少一量子井结构之超晶格上之一III族氮化物型活性区域,其包含:一第一III族氮化物型位障层;在该第一位障层上之一III族氮化物型量子井层;及在该III族氮化物型量子井层上之一第二III族氮化物型位障层。2.如申请专利范围第1项之发光二极体,其中该至少一量子井结构包含重覆该至少一量子井结构约2到约10次。3.如申请专利范围第1项之发光二极体,其中该超晶格包含:一氮化镓型超晶格,其具有至少两周期的一InXGa1-XN及InYGa1-YN之交替层,其中0≦X<1及0≦Y<1,而X不等于Y;其中该第一III族氮化物型位障层包含一含有一III族氮化物之井支撑层;及其中该第二III族氮化物型位障层包含在该量子井层上包含一III族氮化物之覆盖层。4.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该覆盖层之结晶品质系低于该井支撑层。5.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层包含一氮化镓型层,该量子井层包含一氮化铟镓层,而该位障层包含一氮化镓型层。6.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层及该覆盖层包含一InXGa1-XN之叠层,其中0≦X<1。7.如申请专利范围第6项之发光二极体,其中该井支撑层及该覆盖层之一铟成份小于该量子井层之一铟成份。8.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层及该覆盖层包含一AlXInYGa1-X-YN之叠层,其中0<X<1,0≦Y<1及X+Y≦1。9.如申请专利范围第8项之发光二极体,其中X≦Y+.05。10.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层及该覆盖层系未掺杂。11.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层与该覆盖层之掺杂程度小于约5x1019cm-3。12.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该覆盖层与该井支撑层之能带隙高于该量子井层。13.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层与该覆盖层之组合的厚度系由约50到约400。14.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该井支撑层之厚度系大于该覆盖层之厚度。15.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该量子井层之厚度由约10到约50。16.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该量子井层之厚度约为25。17.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中在该量子井层中铟之百分比由约5%到约50%。18.如申请专利范围第3项之发光二极体,进一步在该井支撑层与该超晶格之间包含一III族氮化物型间隔层。19.如申请专利范围第18项之发光二极体,其中该间隔层包含未掺杂之GaN。20.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该至少一量子井之能带隙系小于该超晶格之能带隙。21.如申请专利范围第3项之发光二极体,进一步包含:在该覆盖层上包含一III族氮化物之一第二井支撑层;在该第二井支撑层上包含一III族氮化物之一第二量子井层;及在该第二量子井层上包含一III族氮化物之一第二覆盖层。22.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该氮化镓型超晶格包含由约5到约50周期。23.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之InXGa1-XN及InYGa1-YN之叠层具有之组合厚度小于约70。24.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中X=0。25.如申请专利范围第24项之发光二极体,其中该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之InGaN层之厚度由约5到约40,而该交替层InXGa1-XN及InYGa1-YN之GaN层之厚度由约5到约100。26.如申请专利范围第24项之发光二极体,其中该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之InGaN层之厚度约为15,而该交替层InXGa1-XN及InYGa1-YN之GaN层之厚度约为30。27.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该氮化镓型超晶格系掺杂一n型杂质,其程度由约1x1017cm-3到约5x1019cm-3。28.如申请专利范围第27项之发光二极体,其中该氮化铬型超晶格之掺杂程度为该交替层之叠层之一实际掺杂程度。29.如申请专利范围第27项之发光二极体,其中该掺杂程度为该交替层的叠层之平均掺杂程度。30.如申请专利范围第3项之发光二极体,进一步包含相邻于该超晶格之掺杂之III族氮化物层,而其中该掺杂之III族氮化物层系掺杂一n型杂质,以提供该掺杂的III族氮化物层及该超晶格之平均掺杂由约1x1017cm-3到约5x1019cm-3。31.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该超晶格之一能带隙系由约2.95eV到约3.35eV。32.如申请专利范围第3项之发光二极体,其中该超晶格之一能带隙约为31.5eV。33.一种具有一活性区域之III族氮化物型半导体装置,其包含至少一量子井结构,该量子井结构包含:包含一III族氮化物之一井支撑层;在该井支撑层上包含一III族氮化物之一量子井层;及在该量子井层上包含一III族氮化物之一覆盖层。34.如申请专利范围第33项之III族氮化物型半导体装置,其中该覆盖层之结晶品质系低于该井支撑层。35.如申请专利范围第33项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层包含一氮化镓型叠层,该量子井层包含一氮化铟镓层,而该位障层包含一氮化镓型层。36.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层及该覆盖层包含一InXGa1-XN之叠层,其中0≦X<1。37.如申请专利范围第36项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层及该覆盖层之一铟成份小于该量子井层之一铟成份。38.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层及该覆盖层包含一AlXInYGa1-X-YN之叠层,其中0<X<1,0≦Y<1及X+Y≦1。39.如申请专利范围第38项之III族氮化物型半导体装置,其中X≦Y+.05。40.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层及该覆盖层系未掺杂。41.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层与该覆盖层之掺杂程度小于约5x1019cm-3。42.如申请专利范围第33项之III族氮化物型半导体装置,其中该覆盖层与该井支撑层之能带隙高于该量子井层。43.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层与该覆盖层之组合之厚度系由约50到约400。44.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层与该覆盖层之组合之厚度系大于约90。45.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层与该覆盖层之组合之厚度系约为225。46.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该井支撑层之厚度系大于该覆盖层之厚度。47.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该量子井层之厚度由约10到约50。48.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该量子井层之厚度约为25。49.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,其中该量子井层中铟之百分比由约5%到约50%。50.如申请专利范围第35项之III族氮化物型半导体装置,进一步包含一超晶格,且其中该井支撑层系在该超晶格上。51.如申请专利范围第50项之III族氮化物型半导体装置,其中该超晶格之能带隙由约2.95到约3.35eV。52.如申请专利范围第50项之III族氮化物型半导体装置,其中该超晶格之能带隙约在3.15eV。53.如申请专利范围第50项之III族氮化物型半导体装置,进一步包含一III族氮化物型间隔层在该井支撑层与该超晶格之间。54.如申请专利范围第53项之III族氮化物型半导体装置,其中该间隔层包含未掺杂之GaN。55.如申请专利范围第50项之III族氮化物型半导体装置,其中该至少一量子井之能带隙系低于该超晶格之能带隙。56.如申请专利范围第33项之III族氮化物型半导体装置,进一步包含:在该覆盖层上包含一III族氮化物之一第二井支撑层;在该第二井支撑层上包含一III族氮化物之一第二量子井层;及在该第二量子井层上包含一III族氮化物之一第二覆盖层。57.如申请专利范围第33项之III族氮化物型半导体装置,其具有重覆该至少一量子井结构约2到约10个。58.一种III族氮化物型半导体装置,其包含:一氮化镓型超晶格,其具有至少两个周期的InXGa1-XN及InYGa1-YN之交替层,其中0≦X<1及0≦Y<1,而X不等于Y。59.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该氮化镓型超晶格包含由约5到约50周期。60.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该氮化镓型超晶格包含25周期。61.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该氮化镓型超晶格包含10周期。62.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之InXGa1-XN及InYGa1-YN的叠层具有之组合厚度小于约70。63.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中X=0。64.如申请专利范围第63项之III族氮化物型半导体装置,其中该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之InGaN层之厚度由约5到约40,而该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之GaN层之厚度由约5到约100。65.如申请专利范围第63项之III族氮化物型半导体装置,其中该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之InGaN层之厚度约为15,而该交替层的InXGa1-XN及InYGa1-YN之GaN层之厚度约为30。66.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该氮化镓型超晶格系掺杂一n型杂质,其程度由约1x1017cm-3到约5x1019cm-3。67.如申请专利范围第66项之III族氮化物型半导体装置,其中该氮化镓型超晶格之掺杂程度为该交替层的叠层之实际掺杂程度。68.如申请专利范围第66项之III族氮化物型半导体装置,其中该掺杂程度系该交替层的叠层之平均掺杂程度。69.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,进一步包含相邻于该超晶格之掺杂之III族氮化物层,且其中该掺杂之III族氮化物系掺杂一n型杂质,以提供该掺杂之III族氮化物层及该超晶格之平均掺杂由约1x1017cm-3到约5x1019cm-3。70.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该超晶格之能带隙约为3.15eV。71.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该超晶格之能带隙系由约2.95到约3.15eV。72.如申请专利范围第58项之III族氮化物型半导体装置,其中该半导体装置包含一发光二极体,该发光二极体进一步包含在该超晶格上之一III族氮化物型活性区域。73.如申请专利范围第72项之III族氮化物型半导体装置,进一步包含一III族氮化物型间隔层在该活性区域与该超晶格之间。74.如申请专利范围第73项之III族氮化物型半导体装置,其中该间隔层包含未掺杂之GaN。75.如申请专利范围第72项之III族氮化物型半导体装置,其中该活性区域包含至少一量子井。76.如申请专利范围第75项之III族氮化物型半导体装置,其中该至少一量子井之能带隙系低于该超晶格的能带隙。77.一种氮化镓型发光二极体,其包含:一氮化镓型超晶格,其具有至少两个周期的InXGa1-XN及InYGa1-YN之交替层,其中0≦X<1及0≦Y<1,而X不等于Y;及在该氮化镓型超晶格上之一氮化镓型活性区域。78.如申请专利范围第77项之氮化镓型发光二极体,其中该氮化镓型活性区域之能带隙系低于该超晶格之能带隙。79.一种制造具有包含至少一量子井结构之活性区域之III族氮化物型半导体装置之方法,其包含:形成包含一III族氮化物之一井支撑层;在该量子井支撑层上形成包含一III族氮化物之一量子井层;及在该量子井层上形成包含一III族氮化物之一覆盖层。80.如申请专利范围第79项之方法,其中该形成包含一III族氮化物之一井支撑层之步骤包含在一第一温度下形成该井支撑层;其中该形成一量子井层之步骤包含在低于该第一温度之第二温度下形成该量子井层;及其中该形成一覆盖层之步骤包含在低于该第一温度之第三温度下形成该覆盖层。81.如申请专利范围第80项之方法,其中该第三温度系实质上相同于该第二温度。82.如申请专利范围第81项之方法,其中该井支撑层包含一氮化镓型层,该量子井层包含一氮化铟镓层,而该覆盖层包含一氮化镓型层。83.如申请专利范围第82项之方法,其中该第一温度系由约700到约900℃。84.如申请专利范围第82项之方法,其中该第二温度系由约0到约200℃而小于该第一温度。85.如申请专利范围第82项之方法,其中该第二温度系低于该第一温度。86.如申请专利范围第82项之方法,其中该氮化铟镓层系形成在一氮气环境中。87.如申请专利范围第82项之方法,其中该形成一井支撑层与形成一覆盖层之步骤包含形成一InXGa1-XN之覆盖层,其中0≦X<1,并形成一InXGa1-XN之叠层,其中0≦X<1。88.如申请专利范围第87项之方法,其中该井支撑层及该覆盖层之一铟成份小于该量子井层之一铟成份。89.如申请专利范围第82项之方法,其中该形成一井支撑层与形成一覆盖层之步骤包含形成一AlXInYGa1-X-YN之覆盖层,其中0<X<1,0≦Y<1及X+Y≦1,并形成一AlXInYGa1-X-YN之井支撑层,其中0<X<1,0≦Y<1及X+Y≦1。90.如申请专利范围第89项之方法,其中X≦Y+.05。91.如申请专利范围第82项之方法,其中该井支撑层与该覆盖层系未掺杂。92.如申请专利范围第82项之方法,其中该井支撑层与该覆盖层之掺杂程度小于约5x1019cm-3。93.如申请专利范围第79项之方法,其中该覆盖层与该井支撑层之能带隙高于该量子井层。94.如申请专利范围第82项之方法,其中该井支撑层与该覆盖层之组合之厚度系由约50到约400。95.如申请专利范围第82项之方法,其中该井支撑层之厚度大于该覆盖层之厚度。96.如申请专利范围第82项之方法,其中该量子井层之厚度由约10到约50。97.如申请专利范围第82项之方法,其中在该量子井层中铟之百分比系由约5%到约50%。98.如申请专利范围第82项之方法,进一步包含该形成一超晶格之步骤,其中该井支撑层系在该超晶格上。99.如申请专利范围第98项之方法,进一步包含在该井支撑层与该超晶格之间形成一III族氮化物型间隔层之步骤。100.如申请专利范围第99项之方法,其中该间隔层包含未掺杂之GaN。101.如申请专利范围第98项之方法,其中该量子井层之能带隙系低于该超晶格之能带隙。102.如申请专利范围第79项之方法,进一步包含:在该覆盖层上形成包含一III族氮化物之一第二井支撑层;在该第二井支撑层上形成包含一III族氮化物之一第二量子井层;及在该第二量子井层上形成包含一III族氮化物之一第二覆盖层。103.如申请专利范围第102项之方法,其中该形成包含一III族氮化物之一第二井支撑层之步骤包含在实质上第一温度下形成该第二井支撑层;其中该形成一第二量子井层之步骤包含在低于该第一温度之实质上第二温度下形成该第二量子井层;及其中该形成一第二覆盖层之步骤包含在低于该第一温度之实质上第三温度下形成该第二覆盖层。104.如申请专利范围第103项之方法,其中该第三温度系实质上相同于该第二温度。105.如申请专利范围第80项之方法,进一步包含形成重覆该至少一量子井结构约2到约10次。图式简单说明:图1所示为加入本发明之具体实施例的一III族氮化物发光二极体之架构说明;图2所示为加入本发明进一步具体实施例的一III族氮化物发光二极体之架构说明;及图3所示为根据本发明额外具体实施例之一量子井结构与一多重量子井结构的架构说明。
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