CN1667843A - 发光半导体装置的缓冲层 - Google Patents
发光半导体装置的缓冲层 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1667843A CN1667843A CN 200410008637 CN200410008637A CN1667843A CN 1667843 A CN1667843 A CN 1667843A CN 200410008637 CN200410008637 CN 200410008637 CN 200410008637 A CN200410008637 A CN 200410008637A CN 1667843 A CN1667843 A CN 1667843A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- buffer layer
- layer
- metal layer
- nitride
- gallium nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 68
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 23
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 19
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 abstract description 19
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N aluminum indium Chemical compound [Al].[In] AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种发光半导体装置的缓冲层,是由复数层氮化金属层堆叠形成于蓝宝石基板上所构成。此缓冲层为先在高温下以氨气使蓝宝石(sapphire)基板表面进行氮化,以形成一氮化铝(AlN)金属层,接着再于此氮化铝(AlN)金属层上,通过有机金属原料与氨气于高温下反应,以成长出复数层氮化金属层,从而获得高品质、低缺陷的缓冲层。
Description
技术领域
本发明是关于一种发光半导体的缓冲层,尤其是一种具有多层结构的发光半导体缓冲层,可以提升发光半导体的发光效率。
背景技术
氮化镓(GaN)为一种已知且广泛应用于半导体的材料。近年来,应用氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝铟(AlInN)等材料,制作蓝光的发光半导体装置已越来越普遍。这类的发光半导体装置大多使用一蓝宝石(sapphire)基板,制造时系先在此基板上形成一缓冲层(buffer layer),之后再于缓冲层上形成N型氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN),或氮化铝铟镓(AlInGaN)等半导体层等。
图1为已知的发光半导体装置10的剖面示意图。如图中所示,基板101上的缓冲层102,其材料一般包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟(AlInN),或氮化铝铟镓(AlInGaN)等,通过在蓝宝石基板上进行异质磊晶成长,以获得单晶的氮化金属层。更进一步的说,其形成方法是对位于有机金属化学气相沉积(Metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD)反应室中的基板101,同时施予有机金属气体(MO),例如三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、三甲基铟(TMI),与氨气(NH3)等气体,并加热以形成上述的缓冲层102。之后,再于缓冲层102上依序形成下束缚层103、发光层104、上束缚层105及接触层106。另外,再分别于接触层106及下束缚层103上分别形成电极107及108。
在上述所述的方法中,由于氮化镓及蓝宝石间具有晶格匹配差异,以及很大的热膨胀系数差异,加上氮化镓为六方晶体,于蓝宝石基板上以高温直接成长时,会出现凹凸不平的六角形小丘状的成长模式,表面非常不平坦,故而要成长高品质且表面平坦的氮化镓薄膜是极为困难的,因此致使发光半导体装置的发光效率不佳。
因此,本发明即致力于克服上述的缺点,提供一种具有高品质、低缺陷且表面平坦的缓冲层,以有效改善发光二极管的发光效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有高品质、低缺陷且表面平坦的缓冲层,以有效改善发光半导体的发光效率。
本发明的另一目的,是提供一种发光半导体装置的缓冲层,以获得高的电子移动率,改善发光半导体的发光效率。
本发明的再一目的,是提供一种发光半导体装置的缓冲层,以降低发光半导体装置的组件操作电压。
为达到并符合本发明上述的目的,根据本发明所提出的一种发光半导体装置的缓冲层,是在基板上连续形成的复数层氮化金属层的结构。其是通过在高温下于基板上先形成一氮化铝(AlN)金属层,接着再于此氮化铝(AlN)金属层上在高温下成长复数层氮化金属层,得以获得高品质、低缺陷的缓冲层。
根据本发明所提出的一种发光半导体装置的缓冲层,其结构包括一氮化铝(AlN)金属层及形成于此氮化铝(AlN)金属层上的复数层氮化金属层,其中此氮化铝(AlN)金属层是通过氨气(NH3)于高温下与蓝宝石基板(Al2O3)的铝分子氮化(nitridation)形成于此蓝宝石基板上,其反应式可由下列化学方程式所表示:
此外,复数层氮化金属层可由有机金属原料与氨气于高温下反应所形成。
上述所指出的复数层氮化金属层,可由氮化铟(InN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化镓(GaN)等氮化金属堆叠而成,但并不仅限于此。其中,各氮化金属层的厚度范围分别在0.1~50纳米(nanometer)之间。
上述所指出的复数层氮化金属层,其结构堆栈方式,举例来说可为形成一氮化铟(InN)金属层于前述氮化铝(AlN)层上,再于此氮化铟(InN)金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)及氮化镓(GaN),以构成根据本发明所指出的发光半导体装置的缓冲层。另一种实施方式为于氮化铟(InN)金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)、氮化铝镓(AlGaN)及氮化镓(GaN)。或是于氮化铟(InN)金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)及氮化镓(GaN)。亦或是于氮化铟(InN)金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)、氮化铟(InN)及氮化镓(GaN)。在此所指出根据本发明所指出的缓冲层中氮化金属层可能的堆叠方式,仅为发明人用以解释本发明所举出的实施例,但并不限制本发明的权利范围。
上述的氮化铟镓(InGaN)可以InxGa1-xN的化学分子式表示,其中0≤x≤1。而氮化铝镓(AlGaN)可以AlyGa1-yN的化学分子式表示,其中0≤y≤1。
本发明将参考下列的实施例做进一步的说明,这些实施例并不限制本发明前面所揭示的内容。熟知本发明的技艺者,可做些改良与修饰,但仍不脱离本发明的范畴。
附图说明
图1为显示已知的发光半导体装置的剖面示意图;
图2为显示根据本发明所指出的发光半导体装置缓冲层的实施例剖面示意图;
图3为显示根据本发明所指出的发光半导体装置缓冲层的另一实施例剖面示意图;
图4为显示根据本发明所指出的发光半导体装置缓冲层的又一实施例剖面示意图;
图5为显示根据本发明所指出的发光半导体装置缓冲层的再一实施例剖面示意图;
图6为显示于蓝宝石基板上形成氧化铝金属层的图解示意图;
图7为显示具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置以二次离子质谱仪(SIMS)分析所得的分析图。
图8为显示具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置与已知发光半导体装置的电流-亮度特性测试结果比较图;
▲:已知的发光二极管结构;
■:本发明的发光二极管结构。
图9为显示具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置与已知发光半导体装置的电流-电压特性测试结果比较图。
▲:已知的发光二极管结构;
■:本发明的发光二极管结构。
图中
10 发光半导体装置 101 基板
102 缓冲层 103 下束缚层
104 发光层 105 上束缚层
106 接触层 107 极
108 电极 20 缓冲层
21 氮化铝 22 氮化金属层
221 氮化铟 222 氮化铟镓
223 氮化铝镓 224 氮化镓
30 蓝宝石基板 40 氧化铝
50 氨气
具体实施方式
为更清楚地说明本发明的目的、特征及优点,现配合所附图式做进一步详细说明如下:
根据本发明所指出的一种发光半导体装置的缓冲层,其包括一氮化铝(AlN)金属层及形成于此氮化铝(AlN)金属层上的复数层氮化金属层,其中由于构成其基板的蓝宝石主要成分为氧化铝(Al2O3),因此氮化铝(AlN)金属层是由氨气(NH3)于高温下与蓝宝石基板的铝分子进行氮化(nitridation)反应而形成于此蓝宝石基板上。此外,复数层氮化金属层可由有机金属原料与氨气于高温下反应所形成。
同时参阅图2至图5,为根据本发明所指出的发光半导体装置的缓冲层20的实施例。此缓冲层20先由氨气(NH3)于高温下与蓝宝石基板(未显示)的铝分子进行氮化反应,以于此蓝宝石基板上(未显示)形成一金属层21。接着,于此氮化铝21金属层上由有机金属原料与氨气于高温下反应以形成复数层氮化金属层22。其中,此氮化金属层22可依序通过氮化铟(InN)221、氮化铟镓(InGaN)222、氮化铝镓(AlGaN)223及氮化镓(GaN)224所堆叠而成,以构成根据本发明所指出的发光半导体装置的缓冲层20,如图2所示;或于氮化铟(InN)221金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)222、氮化铟(InN)221、氮化铝镓(AlGaN)223及氮化镓(GaN)224,如图3中所示;或是于氮化铟(InN)221金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)222及氮化镓(GaN)224,如图4所示;亦或是于氮化铟(InN)221金属层上依序形成氮化铟镓(InGaN)222、氮化铟(InN)221及氮化镓(GaN)224,如图5所示。前述所举的例子仅为实例说明,并不限制本发明的权利范围。
参阅图6,为根据本发明所指出的发光半导体装置的缓冲层中,于蓝宝石基板30上形成氧化铝(Al2O3)40金属层的图解示意图。氧化铝(Al2O3)40金属层是通过于高温下通入氨气50至蓝宝石基板30上,使其与蓝宝石基板30的铝分子进行氮化反应,而形成一氮化铝(Al2O3)40金属薄膜层于蓝宝石基板30上。对蓝宝石基板30进行氮化反应生成氮化铝(AlN)的化学反应式可由下列化学方程式所表示:
经由根据本发明所指出的发光半导体装置的缓冲层所堆叠制备后,可获得高品质、低缺陷且表面平坦的缓冲层,进而有效的改善发光半导体的发光效率。
参阅图7,为具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置以二次离子质谱仪(Secondary ion mass spectrometer,SIMS)分析所得的分析图。由图中可以看出箭号A所指处及箭号B所指处各代表铝(Al)和铟(In)的成分。在缓冲层部分可明显看出有铝(Al)和铟(In)的成分存在,其浓度分别为1E+20原子数/毫升(atoms/cc)和6E+18原子数/毫升。显示出据本发明中所述的方法,确实可制备出根据本发明所指出的缓冲层。
参阅图8,为具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置与已知发光半导体装置的电流-亮度特性测试结果比较图。在此由具有如图2中所示的复数层氮化金属层所构成的缓冲层的发光半导体与已知具有氮化镓单晶层的发光半导体进行比较。由图中数据显示,当此二种发光半导体分别通相同电流时,可以看到具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置具有较高的亮度。
参阅图9,为具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置与已知发光半导体装置的电流-电压特性测试结果比较图。在此是由具有如图2中所示的复数层氮化金属层所构成的缓冲层的发光半导体与已知具有氮化镓单晶层的发光半导体进行比较。由图中数据显示,当此二种发光半导体分别通相同电流时,可以看到具有根据本发明所指出的缓冲层的发光半导体装置具有较低的电压。
综上所述,根据本发明所指出的发光二极管,确实能较已知的发光二极管具有较高的发光效率及较低的组件操作电压。
Claims (11)
1.一种发光半导体装置的缓冲层,该发光半导体装置包括基板、位于该基板上的该缓冲层、在该缓冲层上并用以发光的半导体层,以及用以外接电压的电极,其中该缓冲层包括:
形成于该基板上的氮化铝金属层,其中该氮化铝金属层是于高温下通过氨气使该基板表面进行氮化反应所形成;以及
成长于该氮化铝金属层上的复数层氮化金属层,其中该复数层氮化金属层为通过有机金属原料与氨气于高温下反应所成长出金属薄膜。
2.如权利要求1所述的缓冲层,其中该复数层氮化金属层为至少由氮化铟金属层、氮化铟镓金属层及氮化镓金属层所依序堆叠而成。
3.如权利要求2所述的缓冲层,其中该氮化铟镓金属层与该氮化镓金属层之间,进一步包括一氮化铝镓金属层。
4.如权利要求3所述的缓冲层,其中该氮化铟镓金属层与该氮化铝镓金属层之间,进一步包括一氮化铟金属层。
5.如权利要求2所述的缓冲层,其中该氮化铟镓金属层及该氮化镓金属层之间,进一步包括一氮化铟金属层。
6.如权利要求2、4或5项所述的缓冲层,其中该氮化铟金属层的厚度范围在0.1~50纳米之间。
7.如权利要求2所述的缓冲层,其中该氮化铟镓金属层的材料为InxGa1-xN,其中0≤x≤1。
8.如权利要求7所述的缓冲层,其中该氮化铟镓金属层的厚度范围在0.1~50纳米之间。
9.如权利要求2所述的缓冲层,其中该氮化镓金属层的厚度范围在0.1~50纳米之间。
10.如权利要求3所述的缓冲层,其中该氮化铝镓金属层的材料为AlyGa1-yN,其中0≤y≤1。
11.如权利要求10所述的缓冲层,其中该氮化铝镓金属层的厚度范围在0.1~50纳米之间。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2004100086371A CN1333471C (zh) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 发光半导体装置的缓冲层 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2004100086371A CN1333471C (zh) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 发光半导体装置的缓冲层 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1667843A true CN1667843A (zh) | 2005-09-14 |
CN1333471C CN1333471C (zh) | 2007-08-22 |
Family
ID=35038808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2004100086371A Expired - Lifetime CN1333471C (zh) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | 发光半导体装置的缓冲层 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1333471C (zh) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3325380B2 (ja) * | 1994-03-09 | 2002-09-17 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
JPH0864868A (ja) * | 1994-08-24 | 1996-03-08 | Hitachi Cable Ltd | 発光ダイオード、窒化ガリウム結晶および窒化ガリウム結晶の製造方法 |
JPH0964477A (ja) * | 1995-08-25 | 1997-03-07 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びその製造方法 |
JP3470054B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2003-11-25 | シャープ株式会社 | 窒化物系iii−v族化合物半導体装置 |
US6495894B2 (en) * | 2000-05-22 | 2002-12-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Photonic device, a substrate for fabricating a photonic device, a method for fabricating the photonic device and a method for manufacturing the photonic device-fabricating substrate |
CN1198340C (zh) * | 2003-04-16 | 2005-04-20 | 方大集团股份有限公司 | 复合量子阱结构GaN基蓝光LED外延片生长方法 |
-
2004
- 2004-03-12 CN CNB2004100086371A patent/CN1333471C/zh not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1333471C (zh) | 2007-08-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100350639C (zh) | 氮化物半导体led和其制造方法 | |
TWI451591B (zh) | 以氮化物為主之發光裝置 | |
CN1193439C (zh) | 发光器件、用于制造发光器件的衬底、以及它们的制造方法 | |
KR100532645B1 (ko) | Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 | |
US20070045660A1 (en) | Heterojunction structure of nitride semiconductor and nano-device or an array thereof comprising same | |
CN1436375A (zh) | Ⅲ族氮化合物半导体器件 | |
US20080251801A1 (en) | Method of producing group iii-v compound semiconductor, schottky barrier diode, light emitting diode, laser diode, and methods of fabricating the diodes | |
CN1905222A (zh) | 一种避免或减少蓝绿光发光二极管材料的v-型缺陷的方法 | |
CN1714487A (zh) | 半导体发光元件及其制造方法 | |
US11705489B2 (en) | Buffer layer structure to improve GaN semiconductors | |
CN104810442A (zh) | 一种发光二极管外延片及其生长方法 | |
US9412588B2 (en) | Method of growing nitride semiconductor layer and nitride semiconductor formed by the same | |
JP2023543022A (ja) | 窒化物エピタキシャル構造および半導体デバイス | |
CN116247506B (zh) | 一种高性能氮化镓基激光器及其N型GaN层和生长方法 | |
CN114927601B (zh) | 一种发光二极管及其制备方法 | |
CN100350638C (zh) | 氮化物半导体及其制备方法 | |
CN109103312B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
CN113161453A (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
CN116435424A (zh) | 一种辐射复合效率高的发光二极管外延片及其制备方法 | |
CN1689205A (zh) | Ⅲ族氮化物半导体发光元件及其制造方法 | |
CN113745379B (zh) | 一种深紫外led外延结构及其制备方法 | |
CN1667843A (zh) | 发光半导体装置的缓冲层 | |
CN114203871A (zh) | 紫外发光二极管外延片及其制备方法 | |
JP2000183399A (ja) | GaN系化合物半導体発光素子 | |
KR100853935B1 (ko) | 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20161028 Address after: Hsinchu City, Taiwan, China Patentee after: EPISTAR Corp. Address before: Taichung City, Taiwan, China Patentee before: HUGA OPTOTECH INC. |
|
CX01 | Expiry of patent term | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20070822 |