Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

TW201603265A - 使用半導體結構及超晶格的高級電子裝置結構 - Google Patents

使用半導體結構及超晶格的高級電子裝置結構 Download PDF

Info

Publication number
TW201603265A
TW201603265A TW104116670A TW104116670A TW201603265A TW 201603265 A TW201603265 A TW 201603265A TW 104116670 A TW104116670 A TW 104116670A TW 104116670 A TW104116670 A TW 104116670A TW 201603265 A TW201603265 A TW 201603265A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
type
semiconductor
region
nbg
wbg
Prior art date
Application number
TW104116670A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI660504B (zh
Inventor
比塔 亞坦艾柯維克
馬修 格得佛瑞
Original Assignee
西拉娜集團私人有限公司
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2014902008A external-priority patent/AU2014902008A0/en
Application filed by 西拉娜集團私人有限公司 filed Critical 西拉娜集團私人有限公司
Publication of TW201603265A publication Critical patent/TW201603265A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI660504B publication Critical patent/TWI660504B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02469—Group 12/16 materials
    • H01L21/02472—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02483—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
    • H01L21/02507—Alternating layers, e.g. superlattice
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/0251—Graded layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02551—Group 12/16 materials
    • H01L21/02554—Oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

揭示半導體結構及用於形成該等半導體結構的方法。例如，揭示一種p型或n型半導體結構。該半導體結構具有一極性晶體結構，其具有一實質上平行於該極性晶體結構之一自發極化軸之生長軸。該半導體結構之組成沿該生長軸從一較寬帶隙(WBG)材料變化成一較窄帶隙(NBG)材料或從一NBG材料變化成一WBG材料，以誘導p型或n型導電性。

Description

使用半導體結構及超晶格的高級電子裝置結構 【相關申請交叉參考】
本申請案主張於2014年5月27日申請之標題為「Advanced Electronic Device Structures Using Semiconductor Structures and Superlattices」之澳大利亞臨時專利申請案第2014902008號的優先權，該案的全文以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於通常使用極性III-N半導體結構及超晶格的高級電子裝置結構。特定言之，本發明係關於但不限於特別適用於發光二極體(LED)結構，較佳用於在190-280nm的波長範圍內操作的紫外線(UV)及深UV(DUV)LED的半導體結構。儘管主要參照UV及DUV LED描述本發明，但是應瞭解，此等僅係較佳應用，且其他應用對熟悉此項技術者而言係顯而易見。
諸如氮化鋁鎵(AlGaN)之寬帶隙半導體具有不良導電性p型或n型建立的熟知限制，尤其係對於使用雜質原子取代摻雜方法的p型材料而言。目前，最高的p型受體密度係在p-GaN中實現，且當鋁莫耳分率增加時，帶隙增加，導致可用電洞濃度實質上減小。此限制關於在例如AlGaN及更一般而言AlGaInN半導體之足夠寬帶隙組 成中實現電子級高n型及p型供體及受體濃度之DUV LED開發。
DUV LED通常藉由直接帶隙結晶結構內之電子電洞空間再結合實現光發射。其等基本上作為雙電埠裝置來操作且係由p-i-n或p-n異質接面二極體(其中發射區域實質上被約束於p型及n型區域之間的區域)中之至少一者製得。若發射能小於包括該二極體之p型及n型包覆層之至少一者的帶隙能，則由光載子產生的光可自裝置內逸出。
III-N裝置開發中的P型摻雜限制係開發具商業利益之DUV LED的最大限制之一。因此，需要改良的雜質摻雜劑，尤其係針對III-N材料中的p型特徵。
在一形式中，儘管其不需要係唯一形式或確實係最廣泛的形式，提供一種形成p型或n型半導體結構的方法。該方法包括：沿生長軸生長具有極性晶體結構之半導體，該生長軸實質上平行於該晶體結構之自發極化軸；及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從較寬帶隙(WBG)材料變化成較窄帶隙(NBG)材料或從NBG材料變化成WBG材料，以誘導p型或n型導電性。
較佳地，該半導體之組成包括：至少兩種類型的金屬原子陽離子；及非金屬原子陰離子。
較佳地，該非金屬原子陰離子係氮或氧。
較佳地，改變該半導體之組成包括：沿該生長軸改變該組成中的至少兩種類型的金屬原子陽離子中之一或多者的莫耳分率。
較佳地，該p型導電性係藉由以下方式來誘 導：生長具有陽離子極性晶體結構的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從WBG材料變化成NBG材料；或生長具有陰離子極性晶體結構的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從NBG材料變化成WBG材料。
較佳地，該n型導電性係藉由以下方式來誘導：生長具有陽離子極性晶體結構的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從NBG材料變化成WBG材料；或生長具有陰離子極性晶體結構的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從WBG材料變化成NBG材料。
較佳地，該極性晶體結構係極性纖鋅礦晶體結構。
較佳地，該半導體之組成沿該生長軸以連續方式或逐步方式改變。
適宜地，該半導體之組成係選自III族金屬氮化物組成。
適宜地，該半導體之組成係選自下列組成：氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)，其中0x1；氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN)，其中0x1、0y1且0(x+y)1；及氧化鎂鋅(MgxZnx-1O)，其中0x1。
適宜地，該方法進一步包括：在該半導體之組成中包括雜質摻雜劑，以增強誘導的p型或n型導電性。
在另一形式中，提供一種形成p型或n型半導體超晶格的方法，該半導體超晶格包括複數個單位晶胞，各單位晶胞包括由實質上單晶半導體形成的至少兩個 不同層。該方法包括：沿生長軸生長具有極性晶體結構之超晶格，該生長軸實質上平行於該晶體結構之自發極化軸；及使該超晶格之單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於較寬帶隙(WBG)材料的平均組成變化成對應於較窄帶隙(NBG)材料的平均組成或從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成，以誘導p型或n型導電性。
較佳地，該p型導電性係藉由以下方式來誘導：生長具有陽離子極性晶體結構的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於WBG材料的平均組成變化成對應於NBG材料的平均組成；或生長具有陰離子極性晶體結構的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成。
較佳地，該n型導電性係藉由以下方式來誘導：生長具有陽離子極性晶體結構的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成；或生長具有陰離子極性晶體結構的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於WBG材料的平均組成變化成對應於NBG材料的平均組成。
較佳地，該陰離子極性晶體結構係氮極性晶體結構或氧極性晶體結構。
較佳地，該陽離子極性晶體結構係金屬極性晶體結構。
較佳地，該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸以連續方式或逐步方式改變。
適宜地，該等單位晶胞之平均組成係藉由改變該等單位晶胞之至少兩個不同層中的一或多者的厚度而改變。
適宜地，該等單位晶胞之厚度沿該生長軸係恆定的。
適宜地，該等單位晶胞之至少兩個不同層中的一或多者的組成係選自下列組成：氮化鎵(GaN)；氮化鋁(AlN)；氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)，其中0x1；氮化硼鋁BxAl1-xN，其中0x1；及氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN)，其中0x1、0y1且0(x+y)1。
適宜地，該等單位晶胞之至少兩個不同層中的一或多者的組成係選自下列組成：氧化鎂(MgO)；氧化鋅(ZnO)；及氧化鎂鋅(MgxZn1-xO)，其中0x1。
較佳地，各單位晶胞之至少兩個不同層各具有小於各自層中之電荷載子的德布羅意(de Broglie)波長的厚度。
較佳地，各單位晶胞之至少兩個不同層各具有小於或等於維持彈性應變所需要的臨界層厚度的厚度。
適宜地，該方法進一步包括：在各單位晶胞之至少兩個不同層之一或多者中包括雜質摻雜劑，以增強誘導的p型或n型導電性。
在另一形式中，提供一種形成複合半導體結構的方法。該方法包括：形成兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格，其中該等半導體結構及/或半導體超晶格係各自根據前文所述的方法而形成。
適宜地，形成複合半導體結構的方法進一步包括翻轉該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格中之兩者間的材料的極性類型。
適宜地，該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第一者沿生長軸具有較大的組成變化，且該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第二者沿生長軸具有較小的組成變化。
適宜地，該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第一者誘導重p型導電性，且該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第二者誘導輕p型導電性。
在另一形式中，提供一種形成發光二極體(LED)結構的方法。該方法包括：沿生長軸在較寬帶隙(WBG)n型區域與較窄帶隙(NBG)p型區域之間生長半導體結構，其具有其中自發極化軸平行於該生長軸之極性晶體結構，該半導體結構包括組成單調地從鄰近WBG n型區域的較寬帶隙(WBG)材料變化成鄰近NBG p型區域的較窄帶隙(NBG)材料之半導體。
在另一形式中，提供一種形成發光二極體(LED)結構的方法。該方法包括：沿生長軸在較寬帶隙(WBG)n型區域與較窄帶隙(NBG)p型區域之間生長包括複數個單位晶胞之超晶格，該複數個單位晶胞各包括由實質上單晶半導體形成的至少兩個不同層，該超晶格具有其中自發極化軸平行於該生長軸 之極性晶體結構，且該等單位晶胞之平均組成單調地從對應於鄰近WBG n型區域之單位晶胞中的較寬帶隙(WBG)材料的平均組成變化成對應於鄰近NBG p型區域之單位晶胞中的較窄帶隙(NBG)材料的平均組成。
較佳地，緩衝或位錯過濾區域在WBG n型區域或NBG p型區域之前生長於基板上。
適宜地，若在NBG p型區域之前生長WBG n型區域，則該基板被選擇為藍寶石(Al2O3)基板或氮化鋁(AlN)基板；或若在WBG n型區域之前生長NBG p型區域，則該基板被選擇為矽基板或氮化鎵(GaN)基板。
在另一形式中，提供一種根據前文所述的方法形成的p型或n型半導體結構。
在另一形式中，提供一種根據前文所述的方法形成的p型或n型半導體超晶格。
在另一形式中，提供一種根據前文所述的方法形成的複合半導體結構。
在另一形式中，提供一種根據前文所述的方法形成的發光二極體(LED)結構。
在另一形式中，提供一種具有極性晶體結構之p型或n型半導體結構，該極性晶體結構之生長軸實質上平行於該極性晶體結構之自發極化軸，該半導體結構之組成沿該生長軸單調地從較寬帶隙(WBG)材料變化成較窄帶隙(NBG)材料或從NBG材料變化成WBG材料，以誘導p型或n型導電性。
在另一形式中，提供一種p型或n型半導體超晶格，其包括複數個單位晶胞，各單位晶胞包括由實質上單晶半導體形成的至少兩個不同層，該超晶格具有極性晶體結構，其生長軸實質上平行於該極性晶體結構之自發 極化軸，該超晶格之單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於較寬帶隙(WBG)材料的平均組成變化成對應於較窄帶隙(NBG)材料的平均組成或從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成，以誘導p型或n型導電性。
在另一形式中，提供一種複合半導體結構，其包括兩個或更多個前文所述的鄰接半導體結構及/或半導體超晶格。
在另一形式中，提供一種發光二極體(LED)結構，其包括：在較寬帶隙(WBG)n型區域與較窄帶隙(NBG)p型區域之間形成的半導體結構，該半導體結構具有極性晶體結構，其中自發極化軸平行於該晶體結構之生長軸，且該半導體結構包括組成單調地從鄰近WBG n型區域的較寬帶隙(WBG)材料變化成鄰近NBG p型區域的較窄帶隙(NBG)材料之半導體。
在另一形式中，提供一種發光二極體(LED)結構，其包括：在較寬帶隙(WBG)n型區域與較窄帶隙(NBG)p型區域之間形成的超晶格，該超晶格包括複數個單位晶胞，各單位晶胞包括由實質上單晶半導體形成的至少兩個不同層，該超晶格具有極性晶體結構，其中自發極化軸平行於該晶體結構之生長軸，且該等單位晶胞之平均組成單調地從對應於鄰近WBG n型區域之單位晶胞中的較寬帶隙(WBG)材料的平均組成變化成對應於鄰近NBG p型區域之單位晶胞中的較窄帶隙(NBG)材料的平均組成。
在另一形式中，提供一種半導體結構，其包括：p型超晶格區域；i型超晶格區域；及 n型超晶格區域；其中該p型超晶格區域、該i型超晶格區域及該n型超晶格區域中之至少一者包括平均組成從對應於較寬帶隙(WBG)材料的平均組成至對應於較窄帶隙(NBG)材料的平均組成或從對應於NBG材料的平均組成至對應於WBG材料的平均組成之單調變化，以使得在各區域之間的界面處無極化之突變。
較佳地，該半導體結構進一步包括鄰近p型超晶格區域之p型GaN區域。
本發明的進一步特徵及優點將自以下詳細描述變得顯而易見。
100‧‧‧金屬極性
102‧‧‧金屬極性磊晶
120‧‧‧氮極性
122‧‧‧氮極性磊晶
200‧‧‧基板
210‧‧‧GaN
220‧‧‧AlN
300‧‧‧二極體
310‧‧‧生長軸
320,420‧‧‧下部纖鋅礦金屬層；WBG纖鋅礦金屬層；基板
330‧‧‧n型WBG材料；WBG發射體
332,432,532‧‧‧WBG材料
340‧‧‧AlxGa1-xN合金；線性漸變合金
342‧‧‧梯度區域
343‧‧‧指示線
344‧‧‧梯度區域特徵
350,450,550‧‧‧GaN接觸層；NBG接觸層
352,452,550‧‧‧NBG材料
360‧‧‧上部纖鋅礦金屬層
400‧‧‧二極體
410‧‧‧生長軸
430‧‧‧n型Al0.8Ga0.2N WBG發射體
440‧‧‧AlxGa1-xN合金；逐步漸變合金
441-447‧‧‧梯度區域；步驟
460‧‧‧上部纖鋅礦金屬層
500,501‧‧‧二極體
510‧‧‧生長軸
520‧‧‧下部纖鋅礦歐姆接觸或金屬層
530‧‧‧WBG發射體
531‧‧‧n型超晶格
540‧‧‧雙層超晶格
542‧‧‧梯度區域
552‧‧‧NBG材料
560‧‧‧上部纖鋅礦金屬層
600‧‧‧LED結構
610‧‧‧生長軸
620‧‧‧基板
630‧‧‧緩衝區域；過濾區域
640‧‧‧n型WBG區域
650‧‧‧梯度區域
660‧‧‧NBG p型區域
670及672‧‧‧歐姆金屬接點
680‧‧‧光學窗口
700‧‧‧LED結構
710‧‧‧生長軸
720‧‧‧基板
730‧‧‧緩衝區域
740‧‧‧NBG p型區域
750‧‧‧梯度區域
760‧‧‧WBG n型區域
770及772‧‧‧歐姆金屬接點
780‧‧‧光學窗口
1200‧‧‧堆疊物
1205‧‧‧生長軸
1206及1213‧‧‧p：NBG
1207‧‧‧GaN層
1208‧‧‧材料
1209‧‧‧AlN層
1210‧‧‧n型WBG緩衝層(n：WBG)
1211‧‧‧單位晶胞厚度
1212‧‧‧晶胞總厚度
1220‧‧‧GaN
1222‧‧‧AlN
1223,1224‧‧‧曲線
1230‧‧‧摻雜位準
1232‧‧‧空乏區
1233‧‧‧p型部分
1234‧‧‧接觸p：NGB
1235‧‧‧電子濃度
1236‧‧‧空乏區
1237‧‧‧誘導HH濃度
1239‧‧‧p-GaN摻雜濃度
1241,1246,1250‧‧‧區域
1242,1246‧‧‧部分離域波函數
1255‧‧‧相對差的重疊
1256‧‧‧空乏區之強激子發射峰
1258‧‧‧貢獻值
1300‧‧‧堆疊物
1305‧‧‧p：NBG
1310‧‧‧單位晶胞；n：SL
1311‧‧‧單位晶胞
1312‧‧‧i：SL
1314‧‧‧i：CSL
1316‧‧‧p-GaN區域
1318‧‧‧電子
1320‧‧‧空乏區
1322‧‧‧HH
1326‧‧‧p-GaN區域
1330‧‧‧區域
1332‧‧‧極化誘導透明區域
1336‧‧‧n：SL產生
1338‧‧‧主峰
1340‧‧‧貢獻值
1500‧‧‧LED結構
1520‧‧‧基板
1530‧‧‧緩衝及/或位錯過濾層
1540‧‧‧n型區域
1550‧‧‧梯度區域
1560‧‧‧p型超晶格(p：SL)或塊狀型接觸區域
1570及1572‧‧‧金屬接點
1580‧‧‧光學窗口
1700‧‧‧氮極性區域
1720‧‧‧極性翻轉平面
1740‧‧‧金屬極性區域
1800‧‧‧半導體結構
1820‧‧‧p-GaN接觸區域
1840‧‧‧p：SL區域
1860‧‧‧i：SL區域
1880‧‧‧n：SL區域
附圖連同以下詳細描述被併入本說明書中並形成其部分，且用於進一步說明包含所主張之發明之概念的實施例及解釋此等實施例之各種原理及優點，其中相同參考數字在不同視圖中係指相同或功能類似之元件。
圖1說明貫穿具有金屬極性取向(左側)或氮極性取向(右側)之纖鋅礦III族金屬氮化物晶體平板之截面圖。
圖2說明表示具有相等AlN及GaN比例之有序塊狀合金或雙層超晶格之金屬極性纖鋅礦結構的週期性結構。
圖3A說明具有塊狀材料之線性梯度區域的結構。
圖3B說明圖3A中所示之結構的帶隙圖。
圖3C說明圖3A中所示之結構之誘導壓電電荷密度的空間變化。
圖3D說明圖3A中所示之結構之誘導熱電電 荷密度的空間變化。
圖3E說明圖3A中所示之結構的空間能帶結構。
圖3F說明圖3A中所示之結構之區域電子濃度及區域重電洞(HH)濃度之估算空間變化。
圖3G說明圖3A中所示之結構之最低能量導帶邊緣之區域中心變化的詳圖。
圖3H說明三個最高位價帶邊緣之區域中心變化的詳圖。
圖3I說明圖3A中所示之結構之全空間區域中心能帶結構。
圖3J說明圖3A中所示之結構之估算傳導之金屬極性或氮極性取向對比的詳圖。
圖3K說明圖3A中所示之結構之估算價重電洞(HH)之金屬極性或氮極性取向對比的詳圖。
圖3L說明關於例如圖3A中所示之結構之線性漸變帶隙的光整流效應，其顯示用於將光子自該結構取出之較佳方向。
圖3M說明圖3A中所示之結構之XRD模擬。
圖4A說明具有塊狀材料之逐步梯度區域的結構。
圖4B說明圖4A中所示之結構的帶隙圖。
圖4C說明圖4A中所示之結構之空間依賴性完整能帶結構。
圖4D說明關於圖4A中所示之結構之作為生長距離之函數之區域中心導帶變化。
圖4E說明關於圖4A中所示之HH、LH及CH帶結構之作為生長距離之函數之區域中心價帶邊緣變 化。
圖4F說明圖4A中所示之結構中之誘導壓電電荷密度的空間變化。
圖4G說明圖4A中所示之結構中之誘導熱電電荷密度的空間變化。
圖4H說明在圖4A所示之結構中產生的電子及重電洞(HH)載子濃度。
圖5A說明一具有非有意摻雜線性調頻超晶格組成(其具有固定週期)之結構。
圖5B說明圖5A中所示之結構的帶隙圖。
圖5C說明圖5A中所示之結構之一變型。
圖5D說明圖5C中所示之結構之全區域中心空間能帶結構。
圖6說明一P型向上之LED結構。
圖7說明一P型向下之LED結構。
圖8說明由AlN/GaN之兩次重複構建的半無限超晶格之空間帶能量圖。
圖9說明包括二元雙層超晶格之有意有序超晶格之價帶色散。
圖10A說明不存在壓電及熱電場之線性調頻超晶格之空間能帶結構。
圖10B說明具有施加極化場之線性調頻超晶格之空間能帶結構。
圖11A說明線性調頻超晶格之電子及重電洞價量子化能量。
圖11B說明線性調頻超晶格之約束空間波函數。
圖12A說明根據某些實施例之一用於產生 p-n二極體之電及光學部分的堆疊物。
圖12B說明用於實現所需平均合金組成之超晶格之單位晶胞中的GaN及AlN層的厚度。
圖12C說明關於圖12A之堆疊物中之n：SL及i：CSL中各者之作為沿生長軸之週期之函數的平均合金含量。
圖12D顯示圖12A之堆疊物之導帶及重電洞帶之計算型空間能帶結構。
圖12E顯示在圖12A之堆疊物中誘導之電子及電洞載子濃度。
圖12F顯示圖12A之堆疊物內之計算型最低能量n=1量子化電子空間波函數。
圖12G顯示圖12A之堆疊物內之計算型最低能量n=1量子化重電洞空間波函數
圖12H顯示圖12A之堆疊物內之最低能量n=1量子化電子與重電洞空間波函數之間的計算型重疊積分。
圖12I顯示圖12A之堆疊物之計算型光發射譜
圖13A說明一根據某些實施例之用於產生p-i-n二極體之電及光學部分的堆疊物。
圖13B顯示圖13A之堆疊物之導帶及重電洞帶之計算型空間能帶結構。
圖13C顯示在圖13A之堆疊物中誘導之電子及電洞載子濃度。
圖13D顯示圖13A之堆疊物內之最低能量n=1量子化電子與重電洞空間波函數之間的計算型重疊積分。
圖13E顯示圖13A之堆疊物之計算型光發射譜。
圖14說明一實例雙埠LED結構。
圖15說明調頻週期及恆定xave超晶格之梯度圖案生長順序。
圖16說明使用選自X2+或X4+型原子物種之夾層之纖鋅礦有序AlN/GaN超晶格之極化類型翻轉。
圖17說明形成半導體結構之方法的流程圖。
圖18A說明一半導體結構。
圖18B說明根據圖18A之半導體結構之裝置的帶能量結構。
圖18C說明根據圖18A之半導體結構之另一裝置的帶能量結構。
圖18D說明根據圖18A之半導體結構之裝置的帶能量結構。
圖18E說明根據圖18A之半導體結構之裝置的帶能量結構。
圖18F說明根據圖18A之半導體結構之裝置的帶能量結構。
圖18G說明根據圖18A之半導體結構之裝置的帶能量結構。
圖18H說明根據圖18A之半導體結構之裝置的帶能量結構。
熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為簡單及清楚起見而圖解說明，且不必按比例繪製。舉例而言，圖中之一些元件之尺寸可相對於其他元件放大以助於增進對本發明之實施例之理解。
已視需要藉由習知符號表示圖示中的組 件，僅展示關於理解本發明之實施例之該等具體細節以免將本揭示內容與獲益於本文描述之一般技術者將容易明白之細節混淆。
一般而言，本發明係關於半導體結構或半導體超晶格的生長，該半導體結構或半導體超晶格具有極性晶體結構(纖鋅礦極性晶體結構)且沿生長軸(生長方向)生長，其中該晶體結構的自發極化軸實質上平行於該生長軸。該等極性晶體結構之特徵通常係具有擁有非反轉對稱性的晶格、自發極化軸及當沿極化軸沈積時之明顯生長取向。
該超晶格包括複數個單位晶胞，各單位晶胞包括由實質上單晶半導體形成的至少兩個不同層。在較佳實施例中，該半導體超晶格係短週期超晶格(SPSL)。該半導體結構或半導體超晶格的性質係藉由沿該生長軸單調地改變該半導體結構中半導體之組成或該超晶格之單位晶胞之整體或平均組成來設計。該組成變化在文中亦被稱為漸變圖案或漸變區域。舉例而言，該半導體結構中之半導體之組成或該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸以連續方式或逐步方式變化。
在較佳實施例中，該半導體之組成包括至少一種及較佳至少兩種類型的金屬原子陽離子及非金屬原子陰離子。然而，在某些實施例中，該半導體之組成包括多於一種類型的非金屬原子陰離子。例如，該非金屬原子陰離子可係氮或氧。在某些實施例中，該半導體之組成係藉由沿該生長軸改變該組成中的至少兩種類型的金屬原子陽離子中之一或多者的莫耳分率而改變。在某些實施例中，該超晶格中之單位晶胞之平均組成係藉由改變該等單位晶 胞之至少兩個不同層中之一或多者的厚度而改變。在較佳實施例中，各單位晶胞之至少兩個不同層各具有小於各自層中之電荷載子(例如電子或電洞)的德布羅意波長的厚度。在較佳實施例中，各單位晶胞之至少兩個不同層亦各具有小於或等於維持彈性應變所需要的臨界層厚度的厚度。
在較佳實施例中，該半導體結構之組成沿該生長軸單調地從較寬帶隙(WBG)材料變化成較窄帶隙(NBG)材料或從NBG材料變化成WBG材料。此可誘導p型或n型導電性且使該半導體結構呈p型或n型。
例如，可藉由生長具有陽離子極性晶體結構(例如金屬極性晶體結構)的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從WBG材料變化成NBG材料來誘導p型導電性。或者，可藉由生長具有陰離子極性晶體結構(例如氮極性晶體結構或氧極性晶體結構)的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從NBG材料變化成WBG材料來誘導p型導電性。
例如，可藉由生長具有陽離子極性晶體結構(例如金屬極性晶體結構)的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從NBG材料變化成WBG材料來誘導n型導電性。或者，可藉由生長具有陰離子極性晶體結構(例如氮極性晶體結構或氧極性晶體結構)的半導體及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從WBG材料變化成NBG材料來誘導n型導電性。
類似地，在較佳實施例中，半導體超晶格係經設計以例如誘導p型或n型導電性，此係藉由使該超晶格之單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於較寬帶隙(WBG)材料的平均組成變化成對應於較窄帶隙(NBG) 材料的平均組成或從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成。
例如，可藉由生長具有陽離子極性晶體結構(例如金屬極性晶體結構)的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於WBG材料的平均組成變化成對應於NBG材料的平均組成來誘導p型導電性。或者，可藉由生長具有陰離子極性晶體結構(例如氮極性晶體結構或氧極性晶體結構)的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成來誘導p型導電性。
例如，可藉由生長具有陽離子極性晶體結構(例如金屬極性晶體結構)的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於NBG材料的平均組成變化成對應於WBG材料的平均組成來誘導n型導電性。或者，可藉由生長具有陰離子極性晶體結構(例如氮極性晶體結構或氧極性晶體結構)的超晶格及使該等單位晶胞之平均組成沿該生長軸單調地從對應於WBG材料的平均組成變化成對應於NBG材料的平均組成來誘導n型導電性。
例如用於半導體裝置(如LED)之複合半導體結構可由兩個或更多個半導體結構及/或半導體超晶格形成。例如，複合半導體結構可藉由將兩個或更多個半導體結構及/或半導體超晶格鄰接地堆疊在彼此之上來形成。若需要，可翻轉該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格中的兩者之間的材料的極性類型。
可使用漸變區域作為例如WBG n型區域與NBG p型區域之間的i型區域及/或藉由使用該漸變區域作為n型區域或p型區域來形成發光二極體(LED)結構。依此方式，可形成使得在各區域之間的界面處無極化之突變之 發光二極體(LED)結構。
在較佳實施例中，該半導體結構或半導體超晶格係由III族金屬氮化物(III-N)化合物形成，例如：氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)其中0x1；氮化硼鋁BxAl1-xN，其中0x1；或氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN)，其中0x1、0y1及0(x+y)1。然而，該半導體結構或半導體超晶格可由其他化合物形成，例如氧化鎂(MgO)、氧化鋅(ZnO)及氧化鎂鋅(MgxZn1-xO)，其中0x1。在某些實施例中，雜質摻雜劑亦被包含在該半導體之組成中或各單位晶胞之至少兩個不同層之一或多者中，以增強誘導的p型或n型導電性。
III-N化合物容易以被歸類為纖鋅礦型結構之六方晶體結構形式結晶。此等III-N纖鋅礦結構可沈積在基板上。例如，其等可磊晶沈積在可由3維塊狀晶體之有利終止平面形成的原子級平坦二維六方晶體基板表面上。理想地，該基板係原子級平坦且由均質原子物種之最頂部原子層組成。此外，表面層原子結合類型及平面內晶格常數係與形成匹配晶格或假晶型磊晶生長相稱。
纖鋅礦III-N晶體之突出性質係金屬-氮鍵之高極性性質，其迫使垂直於基板表面平面(經常被稱為「晶面」或「c平面」)之纖鋅礦晶體結構中之不對稱性。根據在非原生晶體表面上形成磊晶層之第一原子物種(例如氮或金屬)，存在如圖1中所示的兩種獨特及物理上可區別的纖鋅礦晶體取向。圖1中所示的兩種晶體取向被稱為分別具有金屬極性磊晶102或氮極性磊晶122之金屬極性100或氮極性120。
針對本發明，晶面內的極化效應可用於操縱異質結構中的不同性質。或者，可形成相對於垂直於c-平 面之方向具有較佳結晶極性取向的纖鋅礦III-N(wz-III-N)塊狀基板或厚III-N薄膜。
有意有序假合金可使用精確控制沈積方法以形成例如如圖2中所示之基板200上之GaN 210及AlN 220的單層(ML)或分數單層薄膜而形成。使用0.5ML GaN 210至0.5ML AlN 220之重複單位晶胞形成的理想超晶格可形成如所圖解說明之理想的有序Al0.5Ga0.5N合金。然而，應了解，亦可沈積其他層厚度之組成該單位晶胞之GaN及AlN。圖2中所說明之結構被認為係理想，其展現優於塊狀合金中之等效隨機排列金屬陽離子的壓電及熱電極化。
圖3A說明呈由塊狀材料形成的二極體300形式的半導體結構。二極體300沿生長軸310依序具有：下部纖鋅礦金屬層320，其具有包含n型Al0.8Ga0.2NWBG發射體330之金屬極性生長；呈本質AlxGa1-xN合金340形式之梯度區域，其具有沿該生長軸自WBG纖鋅礦金屬層320線性轉變成NBG p型GaN接觸層350之線性組成變化；及最後上部纖鋅礦金屬層360。下部纖鋅礦金屬層320及上部纖鋅礦金屬層360係有效的歐姆金屬接點，以形成用於二極體300之兩個電接點。
圖3B說明對應於圖3A之二極體300的空間組成或帶隙能，其顯示該帶隙如何在梯度區域342上從WBG材料332線性轉變成NBG材料352。指示線343說明可在梯度區域342中實現的關於非線性連續轉變的實例變化。如將瞭解，圖3B中的WBG材料332、梯度區域342及NBG材料352對應於圖3A中之WBG發射體330、線性漸變合金340及NBG接觸層350。
自對wz-III-N材料內之極化場之基本行為的理解，誘導的壓電(由於晶格變形)及熱電(由於自發極化)電 荷沿生長軸之分佈可針對圖3A中所說明的二極體300分別如圖3C及3D中所示而測得。
對於轉變區域中之具有由x(z)指定之組成分佈的Alx(z)Ga1-x(z)N中的線性Al%變化而言，壓電及熱電電荷密度係作為z的函數而變化，且接近NBG p-GaN層的電荷減少。
金屬極性及氮極性磊晶結構沿自發極化軸沈積(c軸)之兩種情況產生對比極化場。電荷符號與薄膜極性類型之此相關性被有利地用於改良電子及/或電洞載子濃度。
雖然不明顯，但沿生長軸310變化之該區域電荷密度之暗示係導帶及價帶邊緣之扭曲將該導帶或價帶邊緣有效地「釘紮」或轉移至費米能階，此係取決於薄膜之生長極性。x(z)之變化產生位置依賴性應變張量之相應變化，此係由於各材料組成之平面內晶格常數的差異。此塊狀晶體晶格常數之變化產生雙軸應變且被認為產生晶體之彈性變形且由此誘導壓電電荷。在此等實例中，磊晶堆疊物被認為假晶式沈積在厚且鬆弛的AlN緩衝層上，且因此該堆疊物應變至AlN之獨立塊狀平面內晶格常數。亦可能有其他緩衝層及晶格常數。然而，臨界層厚度(CLT)限制晶格失配材料可假晶式沈積之厚度。此限制可使用包括單位晶胞且各單位晶胞包括具有晶格失配組成之至少兩個層的超晶格來減輕，其中各層之厚度低於該層關於緩衝層平面內晶格常數之CLT。即，根據本發明之實施例，晶格可改良在空間上形成大的平均組成變化的能力。
圖3E說明圖3A中所示之二極體300的全空間(k=0)能帶結構，其顯示由線性漸變合金340提供之WBG至NBG轉變之線性組成變化的效應。非有意摻雜的組成變 化區域係夾在n型WBG與p型NBG平板之間。誘導的空乏區係定位於接近n型WBG或i型組成變化區域處，此在金屬極性取向生長的情況下產生價帶的費米能階釘紮。
圖3F針對圖3A中所示之二極體300說明區域電子濃度及區域重電洞濃度之空間變化。AlGaN合金組成x(z)之線性空間變化在另外非有意摻雜的區域中誘導大的電洞載子濃度。電洞因此將由該p-GaN接觸區域提供並傳輸至誘導的p型區域中。空乏區延伸至n型WBG區域中，此指示線性組成區域之誘導的p型行為高於有意的電離供體濃度。
圖3G及3H說明圖3A之二極體300之磊晶結構中的最低能量導帶邊緣EC(k=0,z)(圖3G)及三個最高位價帶邊緣Ev(k=0,z)之區域中心空間變化圖，其中v=HH、LH及CH(圖3H)。圖3G顯示使用AlGaN形成但其中壓電及熱電電荷被設定為零之p-i-n二極體。圖3H顯示與壓電及熱電電荷被考慮在內相比較之結果。可見在設計極性裝置時應考慮極化電荷。亦注意到，Alx(z)Ga1-x(z)N中歸於x(z)的Al%之變化在針對塊狀材料之範圍0.0x(z)0.8下將具有出現在x(z)~0.65處之最低能量價帶(k=0)的交叉。對應x<0.65的值而言，該材料將具有重電洞價帶作為主要電洞類型，而對於x>0.65而言，晶場分裂價帶將占主導。圖3I說明圖3A之二極體300之全空間區域中心能帶結構，且係針對磊晶生長之兩種對比情況，即相對於生長軸310具有金屬極性或氮極性取向。結果顯示沿生長軸之自WBG至NBG之組成轉變誘導金屬極性生長之p型行為或氮極性生長之n型行為。
圖3J及3K分別說明圖3A之二極體300之傳導及價重電洞空間區域中心能帶結構，且係針對磊晶生 長之兩種對比情況，即相對於生長軸310為金屬極性或氮極性取向。所說明的薄膜極性效應顯著影響裝置之電子行為。對於金屬極性薄膜而言，非有意摻雜之線性合金組成變化x(z)誘導p型行為，而氮極性取向誘導n型行為。各自的空乏區係經對比且指示裝置操作。此基礎效應可有利地用於半導體結構，特定言之LED結構。
圖3L說明如二極體300中所發佈之線性漸變帶隙區域的光整流效應，其示意地顯示用於將光子自該結構取出之較佳方向。注入再結合區域中的電子及電洞可由於空間獨立帶隙而產生寬廣的光發射譜。較佳地，再結合區域與該二極體之空乏區空間一致。在能量小於n型WBG區域之空乏區內產生的高能光子(即短波長λS)可以低損失方式傳播透過n型WBG材料330及基板320，而向前傳播光子將在接近p-NBG材料350之空間上遞減帶隙內被再吸收。較長波長光子(λL)因此優先發射透過最頂部NBG層。大的不對稱內建導帶電位阻礙電子在結構中的自由傳輸Je(z)。此在吸收過程中的光子再循環可改良p型區域效能。
圖3M顯示圖3A之二極體300之X射線繞射(XRD)估計值，其圖解說明線性漸變合金之梯度區域特徵344。XRD分析尤其在查看該梯度區域特徵344時可用於確認磊晶生長順序及定製空間組成變化。
圖4A說明呈由塊狀材料之逐步變化形成的二極體400形式的半導體結構。二極體400沿生長軸410依序具有：下部纖鋅礦金屬層420，其具有包含n型Al0.8Ga0.2N WBG發射體430之金屬極性生長；呈本質AlxGa1-xN合金440形式之梯度區域，其具有沿該生長軸以離散步驟自WBG纖鋅礦金屬層420轉變成NBG p型GaN 接觸層450之逐步組成變化；及最後上部纖鋅礦金屬層460。下部纖鋅礦金屬層420及上部纖鋅礦金屬層460係有效的歐姆金屬接點，以形成用於二極體400之兩個電接點。
圖4B說明對應於圖4A之二極體400的帶隙圖，其顯示該帶隙如何以步驟441至447自WBG材料432轉變成NBG材料452。如將瞭解，圖4B中的WBG材料432、梯度區域441-447及NBG材料452對應於WBG發射體430、逐步漸變合金440及NBG接觸層450。梯度區域中之步驟441至447可大或可小，但舉例而言其等可以第一步驟441為Al0.792Ga0.208N，第二步驟442為Al0.784Ga0.216N，歷經諸多步驟步進至倒數第二步驟446為Al0.0.016Ga0.984N及最後步驟447為Al0.008Ga0.992N之方式漸變。
圖4C說明圖4A中所示之二極體400的全空間能帶結構，其顯示由逐步漸變合金440提供之WBG至NBG轉變之逐步組成變化的效應。空乏區係在n-Al0.8Ga0.2N與具有誘導的p型特徵之線性調頻xave(z)區域的界面處形成。圖4D說明圖4C之導帶變化，且圖4E說明圖4C之價帶變化。
圖4E進一步顯示該結構中之v=HH、LH及CH價帶之能量排序在空間上的交叉。對於應用於LED功能，此係有利於實質上垂直於各層之平面的光發射產生橫向電(TE)極化光。x(z)>0.65之高Al%比例將受CH價控制且因此係橫向磁(TM)極化。此問題可藉由使用超晶格限定材料之有效合金來解決。例如，在超晶格單位晶胞內僅使用AlN及GaN層選擇TE光發射在平均組成xave之所有值下占主導。
圖4F說明由於不同AlGaN組成之間的晶格 失配適應而引起之誘導壓電電荷密度之空間變化。圖4G說明由於圖4A之二極體400之合金組成變化而引起之誘導熱電電荷密度之空間變化。圖4H說明在圖4A之二極體400內產生的電子及重電洞載子濃度。
可看出，另外非有意摻雜材料內的誘導電洞濃度係實質上大於小的有意摻雜的p-GaN接觸層。此部分解決先前技術中一長期存在的問題，其中通常需要重度摻雜半導體以建立與金屬接觸電極之足夠低的歐姆接觸。該重摻雜密度降低主體材料品質且通常不利地損害載子遷移率及晶體結構。圖4H之誘導摻雜區域顯示在未使用取代摻雜劑下的高活化電洞密度且因此表示不受低電洞遷移率或不良電洞傳輸阻礙之改良電洞注入器或儲存器。此外，該能帶圖顯示在約z=200nm處開始及在約z=300nm處結束的誘導空乏區，其有利地位於有意摻雜的n型WBG區域與誘導的p型區域之間。
圖5A說明呈由雙層超晶格形成的二極體500形式的半導體結構。特定言之，二極體500沿生長軸510依序具有：下部纖鋅礦歐姆接觸或金屬層520，其具有包含呈n型Al0.8Ga0.2N材料形式的WBG發射體530的金屬極性生長；呈雙層超晶格540形式的梯度區域，其自WBG發射體530轉變成由p型GaN形成的NBG接觸層550；及上部纖鋅礦金屬層560。下部纖鋅礦金屬層520及上部纖鋅礦金屬層560係有效的歐姆金屬接點，以形成用於二極體500之兩個電接點。
雙層超晶格540較佳包括選自III-N末端之AlN及GaN端點之兩種不同的二元組成。其他組合亦係可能，例如AlxGa1-xN/GaN或AlxGa1-xN/AlN AlyGa1-yN/AlxGa1-xN，其中x≠y。亦可使用三個或更多個層 /單位晶胞，例如AlN/AlxGa1-xN/GaN形式之三層堆疊物。使用二元組成材料在各異質接面界面處產生最大的區域電荷薄片密度。雙層超晶格540內之各雙層週期具有例如5nm(1nm之LGan及4nm之LAlN)之固定厚度及變化組成，以使其自鄰近WBG發射體530之xave為0.8之[AlN/GaN]單位晶胞轉變成鄰近NBG接觸層之xave為0.01之[AlN/GaN]單位晶胞。單位晶胞厚度可始終保持恆定且GaN及AlN厚度LGaN及LAlN之比率係經選擇以產生所需xave，其中單位晶胞表現為組成AlxaveGa1-xaveN≡[LGaN/LAlN]xave之等效塊狀合金。
圖5B說明對應於圖5A之二極體500的空間帶隙的量級，其顯示該帶隙如何在梯度區域542上從WBG材料532轉變成NBG材料552。如將瞭解，圖5B中的WBG材料532、梯度區域542及NBG材料552對應於WBG發射體530、雙層超晶格540及NBG接觸層550。
圖5C說明呈二極體501形式之半導體結構，該二極體501係圖5A中之二極體500的變型。圖5C之二極體501與圖5A之二極體500間的差異係二極體500之WBG發射體530被n型超晶格(n：SL)531，較佳xave=0.8之SPSL代替。該n：SL 531具有恆定週期且經摻雜以獲得n型導電性。儘管被圖解為僅幾個週期，但該n：SL 531可包括大於例如50個週期，而該梯度區域(即雙層超晶格540)可包括大於1000個週期。圖5D說明圖5C中所示之二極體501的全空間能帶結構，其顯示雙層超晶格540之漸變的效應。導帶及價帶邊緣係沿生長軸經AlN及GaN層之間的各異質接面調變。n：SL531在漸變SL之誘導p型區域之間形成空乏區且經p-GaN層覆蓋。i：SL漸變區域誘導比使用塊狀組成漸變可實現的電洞密度大幾乎五倍的電洞密 度。
基於對纖鋅礦III-N薄膜極性如何針對異質接面及超晶格來操作的理解，可確定針對特定極性類型的較佳磊晶結構。若設計目標係藉由使用合金或有效的合金組成漸變實現增加的電洞載子濃度，則磊晶生長順序可選自分別針對金屬極性或氮極性取向之「p型向上」或「p型向下」設計中之一者。
圖6說明金屬極性「p型向上」LED結構600之就生長軸610(有時被稱為生長方向「z」)而言的金屬極性薄膜生長。為實現超過可單獨使用雜質摻雜實現的誘導電洞濃度，LED結構600的中心部分具有梯度區域650，其沿平行於自發極化軸(在此情況下為纖鋅礦晶體結構之c軸)之生長軸610隨生長增加從WBG組成轉變成NBG組成。
LED結構600沿生長軸610依序包括基板620、緩衝或位錯過濾區域630、n型WBG區域640、梯度區域650及NBG p型區域660。較佳地，該基板係具有例如c-平面定向藍寶石(0001)表面之實質上透明藍寶石(Al2O3)基板或係原生III-N基板如纖鋅礦AlN。提供歐姆金屬接點670及672且可提供光學窗口680以允許光從LED結構600之頂部透射。應了解，光可相反地或另外透射通過基板620。此外，緩衝區域630可相反或最好係位錯過濾區域。
n型WBG區域640較佳呈摻雜區域之形式，作為n型WBG層或具有恆定週期及恆定有效合金組成之n摻雜型超晶格。然後可在n型WBG區域640上形成具有根據沿生長軸610的距離而變化之有效合金組成之梯度區域650。梯度區域650形成所需的能帶結構變化，以形成從W BG組成至NBG組成之轉變。視情況地，梯度區域650之至少一部分可摻雜有雜質摻雜劑。例如，p型雜質摻雜劑可視情況併入梯度區域650中。在較佳形式中，梯度區域650包括具有組成分佈「k」之Alx(z)Ga1-x(z)或[AlN/GaN]超晶格，該組成分佈「k」係經選擇以實現由xave=x(z)=xWBG-[xWBG-xNBG]*(z-zs)k指定的各單位晶胞之平均合金組成之空間分佈，其中zs係漸變之初始位置。
NBG p型區域660係沈積在梯度區域650上，理想地具有與藉由梯度區域650實現之最終組成類似的有效合金組成。此減輕梯度區域650與NBG p型區域660之間的異質接面界面處誘導的位障。在較佳形式中，該NBG p型區域660係摻雜超晶格或塊狀類型III-N層。
可視情況沈積覆蓋層如p-GaN層作為最終覆蓋層，以提供改良的歐姆接觸及電洞源。
LED結構600之基板620之光學透明性允許自梯度區域650內產生之光學輻射有利地透過n型WBG區域640，透過緩衝區域630，且最終透過具有低吸收損失之基板620離開而傳播至該裝置之外。光亦可透過結構600之頂部垂直逸出，但NBG p型區域660有效過濾短波長的光，且因此對於透過LED結構600之頂部及底部之光輸出的波長響應可存在不對稱性。自梯度區域650內產生之光亦可以具有作為生長軸610之函數的梯度折射率之波導模式橫向逸出，此進一步將光約束在平面內。
圖7說明氮極性「p型向下」LED結構700之就生長軸710而言的氮極性薄膜生長。為實現超過可單獨使用雜質摻雜實現的誘導電洞濃度，LED結構700的中心部分具有梯度區域750，其沿平行於自發極化軸(在此情況下為纖鋅礦晶體結構之c軸)之生長軸710隨生長增加從 NBG組成轉變成WBG組成。
LED結構700沿生長軸710依序包括基板720(呈實質上不透明基板如Si(111)或NBG原生III-N基板如GaN之形式)、緩衝區域730、NBG p型區域740、梯度區域750及WBG n型區域760。提供歐姆金屬接點770及772且可提供光學窗口780以允許光從LED結構700之頂部透射。應了解，緩衝區域730可相反或最好係位錯過濾區域。
NBG p型區域740較佳呈p型NBG層或具有恆定週期及恆定有效或平均合金組成(其中xave=NBG組成)之p摻雜型超晶格。然後在NBG p型區域740上形成具有作為生長軸710之函數而變化之有效合金組成之梯度區域750。梯度區域750形成所需的能帶結構變化，以形成從NBG組成至WBG組成之轉變。視情況地，梯度區域750之至少一部分可摻雜有雜質摻雜劑。在較佳形式中，梯度區域750包括具有xave=x(z)=xNBG+[xWBG-xNBG]*(z-zs)k之組成分佈「k」之Alx(z)Ga1-x(z)或[AlN/GaN]超晶格。
WBG n型區域760係沈積在該梯度區域750上，理想地具有與藉由梯度區域750實現之最終組成類似的有效合金組成。此減輕在梯度區域750與WBG n型區域760之間的異質接面界面處誘導的位障。在較佳形式中，該WBG區域係摻雜超晶格或塊狀類型III-N層。
可視情況沈積覆蓋層如n-AlxGa1-xN(x0)層以提供改良的歐姆接觸及電子源。
圖7中所圖解說明之LED結構700可使用對自梯度區域750內產生之光波長具有高吸收係數之不透明基板720如Si(111)來形成。光可透過較佳呈適宜歐姆接觸材料772中之孔洞及/或窗口780形式的光學出口垂直逸 出。短波長光係優先吸收在NBG區域中，經由再吸收形成進一步的電子及電洞。預期到亦可使用高品質p-GaN原生基板或p型SiC基板。
超晶格結構較佳被用於改良材料結構晶體品質(低缺陷密度)、改良電子及電洞載子傳輸及產生僅在如此小的長度尺度下才可得到的量子效應。與塊狀類型III-N材料不同，超晶格引入特定言之與二極體及LED結構(如圖6及7中所圖解說明的結構)有關之新穎及有利的物理性質。包括至少兩種不同半導體組成(如AlN及GaN之雙層對)的均勻週期超晶格可經設計以提供以下兩者：(i)在隧道位障模式及上述位障模式兩者下，實質上沿生長軸(z)的超晶格量子化微帶傳輸通道；及(ii)藉助週期性引導的及雙軸應變誘導的能帶變形兩者實現的超晶格層平面內的改良載子遷移率，以使能量-動量色散扭曲。該超晶格亦可藉由沈積低於其臨界層厚度之組成層來減輕應變累積。具有定製的導帶及價帶允許能量及空間波函數概率之超晶格可藉由大的內建電場如本文所述之空乏場來操縱。例如，恆定週期SL可經生長以展現高度耦合結構且產生沿生長軸穿過該結構之有效載子傳輸通道。部分離域波函數之高度耦合性質可容易被大的內部電場破壞，使得耦合的NBG區域基本上分離(即相鄰NBG區域之間不連通)。此可有利於LED應用。
該超晶格量子化微帶傳輸通道改良沿生長軸(z)之傳輸且可用於產生選擇性能量過濾器。改良的載子遷移率可用於顯著降低包括臺面式結構的習知裝置設計中的電流擁擠限制。相反地，相同的超晶格結構可藉由經受大電場例如在本文所揭示之結構中產生的空乏區而在操作中改變。
塊狀III-N半導體之特徵可係直接能帶結構，其係由具體參照由潛在原子對稱性決定的該材料之能量-動量色散所定義。直接帶隙III-N材料因此係同時產生最小能量在區域中心k=0處之最低能量導帶色散以及最大值亦位於區域中心k=0處之最高位價帶色散。
光吸收及發射過程因此以能量-動量空間中的垂直躍遷及主要以一階過程在無聲子動量守恆下發生。超晶格週期性位勢(其亦在德布羅意波長之長度尺度上)以疊加超晶格位勢調變原子晶體週期性，由此以非無效方式調整能量-動量能帶結構。
圖8說明包括一個GaN單層至三個AlN單層之重複單位晶胞之半無限雙層二元超晶格之估算空間帶能量。該超晶格係以週期性邊界條件顯示以簡化計算，且應變至完全鬆弛的AlN緩衝層。圖9說明估算的價帶能量-動量色散，其中準離域nSL=1HH、LH及CH帶展現自塊狀近似值中所用的拋物線色散之高度扭曲偏離。該等價帶載子(即HH、LH及CH)之有效質量因此係自其等在塊狀合金中的當量而改動。所描述之超晶格的一個重要態樣係HH仍係用於最低能量量子化導電態與最低能量量子化HH態之間的光發射躍遷之主導能帶。因此，超晶格針對0xave<1保存TE特徵，此係不同於其中針對x~0.65存在TE至TM之躍遷的塊狀AlxGa1-xN。此性質係垂直發射裝置所必需。
週期小於或等於組成性塊狀材料之自由晶格常數的10倍之短週期超晶格形成新穎假合金，其平面內能量-動量與其等效塊狀隨機金屬分佈合金相對物具有顯著差異。此外，二元AlN/GaN超晶格形成一種新穎類別的有序合金，其可產生較等效塊狀合金而言新穎及改良的性質。光學吸收及發射過程通常需要考慮超晶格能帶結構之 離區中心(k≠0)貢獻值。就目前的情況而言，僅使用k=0及最低能量量子化及空間波函數(在本文中標記為nSL=1態)且以實驗方式測得係足夠。
電極化場可對調頻或有意仿形的能帶結構的光學性質具有效應。例如，考慮夾在兩個相對放置的AlN包覆層之間的線性調頻雙層[AlN/GaN]超晶格。圖10A及10B說明此非有意摻雜結構之估算空間能帶結構。特定言之，圖10A說明不存在壓電及熱電場之區域中心能帶結構，且圖10B說明具有施加極化場之區域中心能帶結構，其沿生長軸(z)產生複雜的內建電場。沿生長軸(z)之所得內建電場僅歸因於由於熱電(自發)及壓電效應而在各異質接面處誘導的電荷。超晶格的各週期保持恆定且且平均合金含量，其中第i個週期具有厚度Li AlN(z)及Li GaN(z)，以使得Λi SL=Li AlN(z)+Li GaN(z)。導帶及重電洞價帶邊緣(即在區域中心波矢量k=0處)中的突變空間調變指示在各AlN及GaN轉變之異質接面處形成的原子級突變界面。原子級粗糙界面將有效地拓寬位井，但另外產生類似的行為。在替代實施例中，可使用等效AlGaN夾層計入各異質接面處的界面粗糙度，由此形成三層式單位晶胞。
圖11A及11B說明該結構內允許的最低能量計算型載子空間波函數及量子化能階。為簡明起見而用於此實例之相對厚的AlN位障顯示：與重電洞相比，波函數穿隧效應顯著進入關於具有較輕有效質量之電子之位障中。一般趨勢係量子化n=1電子及電洞波函數特徵能量隨著NBG材料厚度的增加進一步落入NBG勢井中。
非線性電場產生跨越各GaN量子井之量子約束斯塔克效應(QCSE)及跨越各位障(AlN)的相對QCSE。內建電場的符號取決於該材料之生長極性。由於內建場而 產生的限於各位能最小值內的波函數機率密度係在空間上向較低位能界面歪斜。
可見電子及重電洞波函數最大值係空間分離至最低電位之相對側且在較大的GaN層寬度下加劇。此表現為電子及HH波函數之重疊因漸增的GaN厚度而減少且由於降低的激子振盪子強度而建立極化誘導透明。相反地，較薄的GaN層改良n=1傳導及HH波函數的重疊且由此造成較高的光躍遷機率及增加的發射機率。此效應係顯示在圖12H及13D中。
圖12A顯示根據某些實施例之用於產生p-n二極體之電及光學部分的堆疊物1200。堆疊物1200包括基板SUB。SUB係由材料1208製成，其有利於形成具有沿生長軸1205之金屬極性生長取向之纖鋅礦III-N組成。n型WBG緩衝層(n：WBG)1210係作為塊狀合金或作為固定平均組成單位晶胞超晶格沈積在該SUB上。接著，使用n：SL上的平均合金含量xave_n形成n型SL(n：SL)。例如，該n：SL可係以xave_n=0.8形成的50週期SL。較佳地，單位晶胞厚度1211及層厚度係經選擇以形成對所需發射波長λex實質上透明(不吸收)的n：SL。
接著，形成未有意摻雜雜質的漸變SL(i：CSL)。該i：CSL係用於在該裝置的深處誘導不受取代式雜質摻雜限制的大電洞濃度。該i：CSL使至少單位晶胞之平均組成在空間上沿生長軸自WBG組成變化成NBG組成。舉例而言，該漸變係經選擇為歷經25個單位晶胞(即25個週期)，各單位晶胞總厚度1212保持不變，而平均Al%有變化，其中WBG組成具有xave_CSL=0.8及NBG組成具有xave_CSL=0.0。包括p-GaN(p：NGB)之可選接觸層係沈積在已完成的i：CSL上。該i：CSL之單位晶胞厚度亦可作為該生 長軸的函數而改變，只要該單位晶胞之平均組成遵循本文所揭示的正確漸變即可。
該i：CSL及該n：SL可由包括GaN層1207及AlN層1209之雙層單位晶胞形成。亦可選擇其他的超晶格組成，且單位晶胞的組成亦可在週期之間變化。例如，單位晶胞週期係經選擇為等於2ML GaN及4ML AlN之組合厚度。圖12B顯示用於實現雙層單位晶胞之平均合金組成xave所需之GaN 1220及AlN 1222的層厚度。圖12C另外顯示針對n：SL及i：CSL中各者之作為生長軸1205之函數的平均合金變化。曲線1223顯示針對該n：SL選擇恆定xave_n=0.8，而曲線1224顯示針對該i：CSL選擇線性xave(z)漸變。
堆疊物1200之誘導型空間能帶結構係顯示在圖12D中。由1230表示的n：SL係經Si雜質有意摻雜至ND=50x1018cm-3之摻雜位準。該i：CSL顯示誘導的p型部分1233以及空乏區1232。該i：CSL之接觸p：NGB 1234之部分顯示釘紮至費米能階的重電洞價帶。因此，該n：SL/i：CSL/p：GaN二極體係經形成為具有如圖12E中進一步所示的進一步誘導的p型區域。
圖12E顯示沿生長軸之空間載子密度。該等載子密度包含歸於n：SL之有意摻雜及生成的電子濃度1235及有意的p-GaN摻雜濃度1239。應注意，價帶的退化降低相對於晶格中之區域摻雜之活化摻雜密度。該i：CSL之具有大的誘導HH濃度1237的部分係連同所生成的空乏區1236一起顯示，以限定n-i-p二極體。
最低能帶邊緣量子化狀態係足以測定該裝置之大多數電子及光學特性。圖12F及12G分別顯示導帶及HH價帶中的計算型n=1狀態。導帶及HH帶皆顯示如 歸於短週期n：SL之部分離域波函數1242及1246所指示的微帶形成。由該i：CSL之誘導的p型區域所造成的空乏區滲透至該n：SL之一部分中並有效打破區域1241及1246中的波函數耦合。區域1241及1246中的約束型電子及HH波函數確定該裝置的再結合區域及由此確定歸於n=1導電態與n=1 HH態之間的直接躍遷的發射能量譜。
圖12H顯示所有n=1導電態與n=1 HH波函數之間的計算型空間重疊積分。光躍遷之最高振盪子強度出現在區域1250中，而該i：CSL之具有較寬GaN厚度之部分僅產生相對差的重疊1255。此效應對在p樣區域內建立極化誘導透明極為有利。亦可移除該可選p-GaN層以允許高能光子復歸反射回該裝置中並透過基板輸出。全發射光譜係顯示在圖12I中，其顯示歸於建立在該裝置內且定位於n：SL與i：CSL之間的空乏區之強激子發射峰1256。較小貢獻值1258係歸於該i：CSL區域。
圖13A顯示根據某些實施例之用於產生p-i-n二極體之電及光學部分的堆疊物1300。超晶格係再由具有二元纖鋅礦GaN 1207及AlN 1209層及金屬極性生長之單位晶胞構成。然而，堆疊物1300包括未有意摻雜的額外i型SL(i：SL)。該i：SL係在n：SL上形成。該i：SL係經特定調諧以實現能量實質上小於該n：SL可吸收之光的光發射能量(即，該n：SL之吸收邊緣被設計成具有大於該i：SL之發射能量的能量)。例如，該n：SL係由具有1ML GaN及2ML AlN之單位晶胞1310重複50次所組成。該i：SL然後係藉由選擇重複25次之包括2ML GaN及4ML AlN之單位晶胞1311而被選擇為具有約246nm之發射能量。然而，在n：SL及i：SL兩者結構中可使用更多或更少的週期。
n：SL及i：SL兩者具有相同的平均合金組 成，即xave_n=2/3及xave_i=4/6=2/3(即xave_n=xave_i)。因此，極化電荷係平衡且不誘導p型或n型行為。此係特別有利於在該裝置內建立改良的電子及電洞再結合區域。該漸變SL(i：CSL)係由自WBG平均組成變化成NBG平均組成之單位晶胞形成。該i：CSL之單位晶胞厚度係保持近似恆定且相當於3ML GaN及6ML AlN單位晶胞。各連續單位晶胞中之各層的厚度係以1/2ML厚度之增量改變，以實現沿生長軸1205之所需梯度分佈2/3xave_CSL(z)0。此可用少至18個單位晶胞來實現，但亦可使用更少或更多個單位晶胞。
圖13B顯示n：SL 1310、i：SL 1312及i：CSL 1314連同可選p-GaN區域1316內之空間能帶結構。該i：CSL誘導HH價帶釘紮至費米能階。
在堆疊物1300中誘導的載子濃度係顯示於圖13C中，其中在空間上產生大的電子1318及HH 1322載子濃度。顯示p-GaN區域1326中的有意摻雜濃度以及該裝置之空乏區1320。
圖13D顯示激子發射之計算型空間傳導及HH重疊積分(即振盪子強度)。激子發射係明顯定位於與i：SL重疊之區域1330中。歸於包括NBG組成之i：CSL之大部分的極化誘導透明區域1332對重疊積分無顯著貢獻。
圖13E顯示堆疊物1300之發射光譜，其中主峰1338係歸於i：SL且較小貢獻值1340係歸於i：CSL區域。該n：SL產生被標記為1336的特徵，其通常由於相空間吸收/發射淬滅(即，所有態被完全佔據且由於平面內波矢量k∥~0之相空間吸收填充而無法參與光學過程)而受到抑制。
圖14說明一LED結構1400，其具有：基板1420，較佳係透明基板如藍寶石；緩衝及/或位錯過濾層 1430；n型區域1440，呈具有恆定週期及恆定xave之n型超晶格(n：SL)形式；梯度區域1450，呈i型超晶格(i：SL)形式；p型超晶格(p：SL)或塊狀型接觸區域1460；金屬接點1470及1472及光學窗口1480。
光λL可自光學窗口1480發射且光λS可透過基板1420發射。此外，光可經由邊緣發射矢量λE逸出該結構。對於沿生長軸(z)在金屬極性取向上生長之線性調頻梯度區域1450而言，梯度區域1450將透過光學窗口發射長波長光λL，而短波長光λS將透過基板發射。此係針對由梯度區域1450提供之空間變化有效帶隙區域內的光發射之「光二極體」效應之直接結果，此對於DUV LED應用可係特別有用。
另一梯度圖案生長順序係使週期厚度作為沿生長軸之距離的函數而變化，同時使雙層對之xave保持恆定。該等結構可用於形成與i型區域內的再結合分開之n型及p型區域之可調諧光學性質。即，藉由保持xave恆定但改變超晶格的週期，可調諧呈如下形式之LED堆疊物的光學性質：[n：SL xave1,Λ1]/[i：SL xave2,Λ2]/[p：SL xave3,Λ3]
其中各超晶格之有效Al%在整個p-n結構中係保持恆定，以使得xave1=xave2=xave3=恆定值，且與生長方向(z)無關。由於平均合金組成保持不變，因此，此情況將不會建立誘導的p型或n型區域。
可構建超晶格重複單位晶胞之週期例如(Λ1=Λ3)<Λ2以使得xave1=xave2=xave3且因此該i：SL具有n=1電子及重電洞價帶之間的量子化能量躍遷，其在能量上小於該p：SL及n：SL中至少一者之相應n=1躍遷。優點係超晶格單位晶胞(例如雙層AlN/GaN對)之平面內晶格常數的有效晶格匹 配，此減輕應變累積及降低由於失配位錯所致的缺陷密度。
上述實例之一延伸情況係該i：SL之週期準連續變化以形成適於載子微帶注入及再結合之線性調頻能帶結構，從而形成寬帶發光裝置。將圖14之LED結構視為顯示：[n：SL xave1=常量，Λ1=常量]/[i：SL xave2(z),Λ2(z)]/[p-GaN]
該i：SL區域之組成沿生長軸變化，其中平均合金組成受單位晶胞所包括的不同組成層之厚度比率控制。在GaN及AlN之兩個二元組成的情況下，單位晶胞之平均Al莫耳分率在本文中係被定義為xave=LAlN/(LGaN+LAlN)，此代表等效的塊狀有序合金AlxaveGa1-xaveN。不同週期之單位晶胞厚度ΛSL=(LGaN+LAlN)亦可變化。在此情況下，各單位晶胞之平均合金組成符合沿生長軸的所需梯度或趨勢，以實現誘導的n型或p型區域或平衡極化並防止能帶邊緣扭曲。
圖15說明具有調頻週期及恆定xave超晶格結構之梯度區域1500之進一步梯度圖案生長順序。各區段(Λ1 SL-Λ4 SL)包括Np=25次重複，具有四個擁有遞增變化週期之連續堆疊超晶格。各超晶格之平均合金含量保持恆定。然而，各堆疊物中的單位晶胞週期隨著厚度的變化而變化。
已探索用於實現纖鋅礦III-N磊晶之許多種基板，即：(i)原生基板及(ii)非原生基板。目前，存在塊狀原生GaN及塊狀原生AlN基板，然而其等的成本極高且僅可以小的晶圓直徑獲得，此嚴重限制廣泛滲透至高體積應用，如例如LED及功率電晶體。
非原生基板係用於III-N磊晶的最普遍基板且提供除僅為成本降低及大晶圓直徑以外的其他優點。最 受歡迎的用於III-N磊晶的非原生基板係藍寶石及矽。存在許多其他非原生基板，如例如MgO、CaF2及LiGaO。
藍寶石由於機械硬度、深UV光透明度、極寬帶隙及其絕緣性質而對高Al%III-N磊晶提供引人注目之商業及技術效用。藍寶石容易使用塊狀晶體生長方法如CZ來生長且可製造成主要在r平面、c平面、m平面及a平面中可利用的極高品質結構品質單晶晶圓。c平面藍寶石係與III-N磊晶相容的重要模板表面。
儘管已針對wz-III-N/c平面Al2O3付出許多工作，但仍有很大的機會進一步改良III-N在此等金屬氧化物表面上的磊晶品質。對於在r平面、a平面及m平面藍寶石上的半極性及非極性III-N磊晶已展現出許多嘗試，但較之使用六方c平面藍寶石所發現的改良具有有限的改良。
對於文中所論述的應用，有一種用於製備c平面藍寶石表面以實現高品質金屬極性或氮極性III-N薄膜的較佳方法。與纖鋅礦及閃鋅礦晶體不同，藍寶石具有更複雜的晶體結構。藍寶石係由複合12單位晶胞表示，該單位晶胞包括嵌插在Al原子之扣接雙層之間的氧平面。此外，c平面藍寶石顯示遠高於r平面藍寶石的機械硬度且因此拋光損傷或拋光所引起的加工硬化可容易地阻礙產生原子級原始表面物種。儘管化學清洗可用於產生無污染表面且塊狀藍寶石基板顯示極佳的單晶品質，但藉由反射高能電子繞射(RHEED)研究之表面展現c平面藍寶石之始終指示原子級粗糙及非均勻表面的標記。藍寶石中的表面台階亦容易暴露混合的氧及原子結晶區，此直接影響磊晶期間的初始III-N極性且通常產生極性反轉域(PID)。
初始模板之第一表面可終止於實質上原子級平坦及均勻的表面終止物種。例如，塊狀Si(111)取向表 面使得能夠藉助均勻基板組成(即Si原子)改良磊晶極性控制。藉由將初始磊晶薄膜小心地沈積在Si表面上，可誘導Al極性或N極性AlN磊晶生長。
圖16說明包括氮極性區域1600、極性翻轉平面1620及金屬極性區域1640之III-N複合結構的有意翻轉但另外橫向均勻的極性類型。總體結構可經設計以在實質上不同極性類型平板之磊晶生長順序內包括複數個橫向設置區域。即，第一極性wz-III-N區域係生長在初始模板上。然後，調整或設計該第一極性區域的最終表面，以產生用於第二極性wz-III-N區域的相反極性類型區域。因此，可藉由有效翻轉各III-N不同平板之極性形成複數個極化類型區域。
最終wz-III-N區域表面的極性類型反轉可使用界面活性劑型吸附原子之重度飽和表面覆蓋來實現。幾何阻挫係用於有利地再造所得之表面，此有利於實現用於隨後沈積的III-N表面的所需極性類型。在2D III-N平板中展現均勻極性類型之多層磊晶結構之該極性反轉係有利於製作較單極性類型磊晶裝置而言具有改良效能的新穎裝置結構。例如，表面層之極性翻轉可有利地用於降低金屬歐姆接觸對極性wz-III-N材料之肖特基位障(Schottky barrier)限制。極性類型翻轉的雙層係當作退化摻雜型穿隧接面且改良III-N裝置的效能。
極化類型翻轉結構可延伸至更複雜的結構，以形成可進一步係週期性的反轉調變結構。該等結構可用於增強裝置的極性性質或實質上減少內建極化場。此提出一種使用沿c軸生長之纖鋅礦薄膜產生非極性材料之新穎方法。
圖17說明用於形成具有梯度區域之半導體 結構之大致流程圖。首先，選擇梯度圖案生長順序(步驟10)，然後選擇適當的基板(步驟20)，且最後在基板上形成所選的梯度圖案(步驟30)。該梯度圖案生長順序係經選擇(步驟10)以使其沿生長軸(z)自WBG轉變成NBG或自NBG轉變成WBG材料。亦可根據所需結構生長附加層，例如緩衝或位錯過濾區域。
圖18A說明一半導體結構1800，其具有呈p-GaN接觸區域1820形式的可選p型GaN區域、p型超晶格(p：SL)區域1840、i型超晶格(i：SL)區域1860及n型超晶格(n：SL)區域1880。p：SL區域1840、i：SL區域1860及/或n：SL區域1880中之各者可呈SPSL形式。
i：SL區域1860與p：SL區域1840或p-GaN接觸區域1820之間的異質界面係特別受關注，因為電子的遷移率及注入效率比電洞的高得多，此導致電子過衝穿過i：SL區域1860及因此導致在接近i-p界面處的更高再結合。此係藉由在約360nm下的光發射特徵以實驗方式被確認。另外，p：SL區域1840中的高濃度Mg摻雜劑亦可當作非輻射性再結合位點。已發現藉由選擇特定超晶格組成及漸變/調頻超晶格以利用極化電荷來調整能帶結構而使再結合移向遠離所有非輻射性再結合位點之活性區域的中心係有益。
此外，基於大多數塊狀及量子井結構之先前技術LED裝置之電子滲透係較高，且通常係藉由在該裝置之p側上引入電子阻擋位障來降低。本方法中之電子阻擋係藉由由於超晶格位勢所引起的傳導微帶及AlN傳導邊緣上的超態而自動實現。該超晶格位勢係當作電子能量過濾器，以用於沿生長軸傳輸通過該裝置。
圖18B說明半導體裝置1800之能帶結構。 圖18B-H之空間能帶圖將超晶格區域表示為其等效n=1量子化特徵能量躍遷且因此表示該SL之等效有序合金。
由兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格形成的複合半導體結構已被描述在上文中。在某些實施例中，該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第一者可沿生長軸具有較大的組成變化，且該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第二者可沿生長軸具有較小的組成變化。例如，該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第一者誘導重p型導電性，且該兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格之第二者誘導輕p型導電性。
圖18B顯示p：SL區域1840以大的組成變化(例如自xave=0.6至0)調頻或漸變，此導致整個p：SL區域1840之重度p型極化摻雜，i：SL區域1860經調頻使得組成自下而上降低(例如自組成xave=0.66至0.6)，此在本質區上誘導輕度p型塊狀極化摻雜以補償低電洞注入效率；且該n：SL區域1880具有高Al含量(例如具有均一組成xave=0.66之1ML GaN：2ML AlN SL)。
在區域間的任一界面處無組成突變，此消除任何極化誘導型薄片電荷，消除由於帶偏所致的位障，且由於晶格常數無突變而亦可產生更高品質的界面。p：SL及i：SL區域中之極化摻雜密度可藉由改變區域總厚度或藉由改變其界面處之組成而改變。例如，使i：SL/p：SL界面處的組成變化至0.5(自0.6)將增加i：SL區域中的p型摻雜並減少p：SL區域中的p型摻雜。減小該p：SL區域之厚度(例如減小至25nm)將增加p：SL區域中之摻雜密度而不改變該i：SL區域。
圖18C說明半導體裝置1800之能帶結構， 其中p：SL區域1840係均一型(例如xave=0.66)，i：SL區域1860係均一型(例如xave=0.66)，且n：SL區域1880係均一型(例如xave=0.66)。由於所有超晶格區域具有相同組成，因此除在p：SL/p-GaN界面處以外，無極化效應。此設計之一效益係該等p：SL及i：SL區域係晶格匹配(即包括應變層之單位晶胞的平面內晶格常數相等)且因此在此界面處存在較少的缺陷充當非輻射性再結合位點。如圖18C中所示，與p：SL/p-GaN界面處的強p型極化摻雜相比，p：SL區域中的摻雜具有相對小的效應。
圖18D說明半導體裝置1800之能帶結構，其中p：SL區域1840係均一型(例如xave=0.2)，i：SL區域1860係均一型(例如xave=0.66)，且n：SL區域1880係均一型(例如xave=0.66)。p：SL區域1840之組成係低於i：SL區域1860(例如，2ML GaN：4ML AlN i：SL及6ML GaN：2ML AlN p：SL)，導致i：SL/p：SL及p：SL/p-GaN界面處產生p型極化摻雜，此如圖18D中所示在p：SL區域1840之任一側將價帶釘紮在費米能階的上方。此導致在i：SL/p：SL界面處形成電洞儲存器。與在圖18C所說明的形式中不同，此等單位晶胞間的平面內晶格常數仍有一些變化，但p：SL區域1840的p型極化摻雜可比完全晶格匹配的p：SL區域1840更有益。上文的情況將使該p：SL處於壓縮態。
圖18E說明半導體裝置1800之能帶結構，其中p：SL區域1840係調頻型(例如xave=0.66-0)，i：SL區域1860係均一型(例如xave=0.66)，且n：SL區域1880係均一型(例如xave=0.66)。i：SL1860區域與p型GaN區域1820之間的p：SL區域1840的調頻或漸變導致p：SL區域1840之塊狀p型極化摻雜而非在各界面處產生的薄片電荷，此增加穿過p：SL區域1840的p型導電性且改良電洞注入。 其亦具有消除在i：S L/p：SL及p：SL/p：GaN界面處的能帶不連續性的效益，此進一步改良電洞注入效率。此可降低i：SL/p：SL異質界面處的位錯密度，儘管整個p：SL區域1840，因為無晶格常數之突變。
p：SL區域1840中的p型極化摻雜係極高(~5x1018cm-3)，且無論p：SL區域1840是否有意摻雜有Mg，能帶結構及電洞的濃度係幾乎相同。因此，此設計上的變化去除該調頻p：SL區域1840中的有意Mg摻雜，且其基本上作為本質或非有意摻雜區域生長。為避免混淆，此區域被稱作誘導型p：SL區域，因為其仍係極化摻雜的p型。極化誘導型摻雜密度係取決於組成變化及該區域的漸變距離。因此，若組成變化被任一側上的區域固定，則可藉由降低漸變區域的厚度來增加摻雜密度。此設計具有自再結合區域附近移除Mg雜質摻雜劑的效益，此可改良遷移率及減少非輻射性再結合。一般而言，p：SL之Mg摻雜不實現與n：SL及i：SL一樣高的結構品質，因為該p：SL必須富氮生長以允許Mg摻雜劑取代式併入且產生原子級粗糙層。若p：SL區域1840可不需要Mg而生長，則其結構品質可改良且因此有利地改良所需的裝置效能。
圖18F說明半導體裝置1800之能帶結構，其中p：SL區域1840係均一型(例如xave=0.6)，i：SL區域1860係均一型(例如xave=0.6)，且n：SL區域1880係均一型(例如xave=0.66)。其係與如圖18C中所示的晶格匹配結構進行比較。該i：SL區域1860之組成被選擇為低於該n：SL區域1880。較低的i：SL區域1860組成導致n：SL/i：SL界面之p型極化摻雜，此如圖18F中所示改良本質區中的能帶及增加本質區電洞濃度。此係調頻i：SL區域結構之簡化形式，但實現增加本質區中之電洞濃度的類似結果。此允許 更簡單的生長，因為該等層皆係均一型。
圖18G及18H說明半導體裝置1800之帶能量結構，其中p：SL區域1840係調頻型(例如xave=0.5-0.1)，i：SL區域1860係調頻型(例如xave=0.7-0.6)，且n：SL區域1880係均一型(例如x=0.66)。圖18G具有在n：SL/i：SL界面處有意引入的2D極化薄片電荷，且圖18H具有在i：SL/p：SL界面處有意引入的2D極化薄片電荷。在該等界面之一或多者處引入小的組成變化以誘導薄片極化電荷。例如，若i：SL區域1860之頂部具有0.6的組成且p：SL區域1840的底部具有0.5的組成，則該界面將經p型極化摻雜，此可誘導二維電洞氣(2DHG)。同樣地，若i：SL區域1860的底部具有0.7的組成，則將在66% n：SL區域1880(即xave=0.66)上誘導小的n型薄片電荷。此重度薄片摻雜可用於提供載子儲存器，以改良注入效率及降低載子過衝。其亦可由於2DHG中的高橫向遷移率而改良電流擴散。
亦可實施半導體結構1800的其他變型。例如，可生長均一的p：SL區域1840，且僅調頻i：SL區域以輕度誘導p型極化，例如自xave=0.66至xave=0.55。在相反方向上的調頻(即自高Ga含量至低Ga含量)可誘導n型極化摻雜而非p型。此可用在n：SL區域1880的頂部，以提供當作電子儲存器之極重度摻雜層。n型極化調頻亦可用於重度摻雜包埋在n：SL區域1880中的層以用於橫向電流擴散層，或提供用於形成歐姆接觸的高度摻雜區域。
該p-GaN被視為可選，且可直接接觸p：SL區域1840。若p：SL區域1840經選擇為在操作波長下透明接且該p接觸係反射性，則此可顯著增加光取出效率。對於調頻型p：SL而言，平均合金組成的漸變可簡單地終止於仍足夠透明(例如xave=0.4)且直接接觸的組成。然而，此可 能縮小可用於進行調頻之組成範圍，且因此減少潛在的極化摻雜。
本發明有利地提供具有廣泛應用，特定言之關於DUV LED的半導體結構。例如，本發明有利地克服或至少減少限制DUV LED之商業發展的諸多約束。
儘管已針對二極體及係本發明之較佳實施例的LED描述本發明，但應了解，在上下文允許的情況下，可構建其他半導體結構及裝置。
在本說明書中，術語「超晶格」係指包括複數個包括兩個或更多個層的重複單位晶胞的層狀結構，其中該等單位晶胞中之該等層的厚度係足夠小，致使相鄰單位晶胞之相應層之間存在顯著波函數滲透，以使得電子及/或電洞之量子穿隧效應可容易地發生。
在本說明書中，諸如第一及第二、左側及右側、頂部及底部及類似物之形容詞可僅用於區分一元件或動作與另一元件或動作，而不一定需要或暗示任何實際的此等關係或順序。在上下文允許的情況下，提及一整數或一組件或步驟(或類似物)不應被解釋為限於該整數或組件或步驟中之僅一者，相反地，可係該整數或組件或步驟等中之一或多者。
本發明之各個實施例之以上描述係為了描述目的而提供給相關技術之一般技術者。非意欲具窮舉性或使本發明受限於所揭示之單一實施例。如上所述，熟悉以上教示之技術者將明白本發明之諸多替換及變型。因此，雖然已明確論述某些替代實施例，但一般技術者將明白或相對容易開發其他實施例。本發明意欲包括已論述在本文中之本發明之所有替換、調整及變型以及落於上述發明之精神及範圍內的其他實施例。
在本說明書中，術語「包括」、「包含」或類似術語意欲指示非排他性包含，以使得包括一系列元件之方法、系統或器械不僅僅包含此等元件，而完全可包含未列出的其他元件。
在本說明書中提及任何先前技術不被且不應被視為承認或以任何形式建議該先前技術形成公知常識之部分。
100‧‧‧金屬極性
102‧‧‧金屬極性磊晶
120‧‧‧氮極性
122‧‧‧氮極性磊晶

Claims (36)

  1. 一種形成一p型或n型半導體結構之方法，該方法包括：沿一生長軸生長一具有一極性晶體結構之半導體，該生長軸實質上平行於該晶體結構之一自發極化軸；及使該半導體之組成沿該生長軸單調地從一較寬帶隙(WBG)材料變化成一較窄帶隙(NBG)材料，或從一NBG材料變化成一WBG材料，以誘導p型或n型導電性。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體之該組成包括：至少兩種類型的金屬原子陽離子；及一非金屬原子陰離子。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該非金屬原子陰離子係氮或氧。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中改變該半導體之該組成包括：沿該生長軸改變該組成中的該至少兩種類型的金屬原子陽離子中之一或多者之一莫耳分率。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由以下方式誘導該p型導電性：生長具有一陽離子極性晶體結構之該半導體及使該半導體之該組成沿該生長軸單調地從一WBG材料變化成一NBG材料；或生長具有一陰離子極性晶體結構之該半導體及使該半導體之該組成沿該生長軸單調地從一NBG材料變化成一WBG材料。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中藉由以下方式誘導該n型導電性：生長具有一陽離子極性晶體結構之該半導體及使該半導體之該組成沿該生長軸單調地從一NBG材料變化成一WBG材料；或生長具有一陰離子極性晶體結構之該半導體及使該半導體之該組成沿該生長軸單調地從一WBG材料變化成一NBG材料。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該極性晶體結構係一極性纖鋅礦晶體結構。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體之該組成係沿該生長軸以一逐步方式改變。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體之該組成係選自III族金屬 氮化組成物。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該半導體之該組成係選自以下：氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)，其中0x1；氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN)，其中0x1、0y1且0(x+y)1；及氧化鎂鋅(MgxZnx-1O)，其中0x1。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括：在該半導體之該組成中包含雜質摻雜劑，以增強該經誘導的p型或n型導電性。
  12. 一種形成一p型或n型半導體超晶格之方法，該半導體超晶格包括複數個單位晶胞，各單位晶胞包括由一實質上單晶之半導體所形成的至少兩個不同層，該方法包括：沿一生長軸生長具有一極性晶體結構之該超晶格，該生長軸實質上平行於該晶體結構之一自發極化軸；及使該超晶格之該等單位晶胞之一平均組成沿該生長軸單調地從對應於一較寬帶隙(WBG)材料之一平均組成變化成對應於一較窄帶隙(NBG)材料之一平均組成，或從對應於一NBG材料之一平均組成變化成對應於一WBG材料之一平均組成，以誘導p型或n型導電性。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中藉由以下方式誘導該p型導電性：生長具有一陽離子極性晶體結構之該超晶格及使該等單位晶胞之該平均組成沿該生長軸單調地從對應於一WBG材料之一平均組成變化成對應於一NBG材料之一平均組成；或生長具有一陰離子極性晶體結構之該超晶格及使該等單位晶胞之該平均組成沿該生長軸單調地從對應於一NBG材料之一平均組成變化成對應於一WBG材料之一平均組成。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中藉由以下方式誘導該n型導電性：生長具有一陽離子極性晶體結構之該超晶格及使該等單位晶胞之該平均組成沿該生長軸單調地從對應於一NBG材料之一平均組成變化成對應於一WBG材料之一平均組成；或 生長具有一陰離子極性晶體結構之該超晶格及使該等單位晶胞之該平均組成沿該生長軸單調地從對應於一WBG材料之一平均組成變化成對應於一NBG材料之一平均組成。
  15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中：該陰離子極性晶體結構係一氮極性晶體結構或一氧極性晶體結構；且該陽離子極性晶體結構係一金屬極性晶體結構。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中：該陽離子極性晶體結構係一金屬極性晶體結構；且該陰離子極性晶體結構係一氮極性晶體結構或一氧極性晶體結構。
  17. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等單位晶胞之該平均組成係沿該生長軸以一逐步方式改變。
  18. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等單位晶胞之該平均組成係藉由改變該等單位晶胞之該至少兩個不同層中之一或多者之一厚度而改變。
  19. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等單位晶胞之一厚度沿該生長軸係恆定。
  20. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等單位晶胞之該至少兩個不同層中之一或多者之一組成係選自下列：氮化鎵(GaN)；氮化鋁(AlN)；氮化鋁鎵(AlxGa1-xN)，其中0x1；氮化硼鋁BxAl1-xN，其中0x1；及氮化鋁鎵銦(AlxGayIn1-x-yN)，其中0x1、0y1且0(x+y)1。
  21. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該等單位晶胞之該至少兩個不同層中之一或多者之一組成係選自下列：氧化鎂(MgO)；氧化鋅(ZnO)；及氧化鎂鋅(MgxZn1-xO)，其中0x1。
  22. 如申請專利範圍第12項之方法，其中各單位晶胞之該至少兩個不同層各具有一厚度，其係小於該各層中之一電荷載子之德布羅意波長。
  23. 如申請專利範圍第12項之方法，其中各單位晶胞之該至少兩個不同層各具有一厚度，其係小於或等於維持彈性應變所需要之一臨界層厚度。
  24. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括：在各單位晶胞之該至少兩個不同層之一或多者中包含雜質摻雜劑，以增強該經誘導的p型或n型導電性。
  25. 一種形成一複合半導體結構之方法，該方法包括：形成兩個或更多個鄰接半導體結構及/或半導體超晶格，其中該等半導體結構及/或半導體超晶格係各自根據如申請專利範圍第1項之方法而形成。
  26. 如申請專利範圍第25項之方法，其進一步包括翻轉該兩個或更多個鄰接半導體結構中之材料的極性類型。
  27. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該兩個或更多個鄰接半導體結構之一第一者沿該生長軸具有一較大的組成變化，且該兩個或更多個鄰接半導體結構之一第二者沿該生長軸具有一較小的組成變化。
  28. 一種形成一發光二極體(LED)結構之方法，該方法包括：沿一生長軸在一較寬帶隙(WBG)n型區域與一較窄帶隙(NBG)p型區域之間生長一半導體結構，該半導體結構具有一極性晶體結構，其中一自發極化軸平行於該生長軸，該半導體結構包括一組成單調地從鄰近該WBG n型區域之一較寬帶隙(WBG)材料變化成鄰近該NBG p型區域之一較窄帶隙(NBG)材料之半導體。
  29. 一種形成一發光二極體(LED)結構之方法，該方法包括：沿一生長軸在一較寬帶隙(WBG)n型區域與一較窄帶隙(NBG)p型區域之間生長一包括複數個單位晶胞之超晶格，各單位晶胞包括由一實質上為單晶半導體所形成之至少兩個不同層，該超晶格具有一極性晶體結構，其中一自發極化軸平行於該生長軸，且該等單位晶胞之平均組成單調地從一對應於鄰近該WBG n型區域之一單位晶胞中的一較寬帶隙(WBG)材料之平均組成變化成一對應於鄰近該NBG p型區域之一單位晶胞中的一較窄帶隙(NBG)材料之平均組成。
  30. 如申請專利範圍第29項之方法，其中一緩衝或位錯過濾區域係在該WBG n型區域或NBG p型區域之前生長於一基板上。
  31. 如申請專利範圍第30項之方法，其中： 若在該NBG p型區域之前生長該WBG n型區域，則該基板被選擇為一藍寶石(Al2O3)基板或一氮化鋁(AlN)基板；或若在該WBG n型區域之前生長該NBG p型區域，則該基板被選擇為一矽基板或一氮化鎵(GaN)基板。
  32. 一種p型或n型半導體結構，其具有一極性晶體結構，該極性晶體結構之一生長軸實質上平行於該極性晶體結構之一自發極化軸，該半導體結構具有一誘導的p型或n型導電性，其係源於沿該生長軸之自一較寬帶隙(WBG)材料至一較窄帶隙(NBG)材料或自一NBG材料至一WBG材料之組成單調變化。
  33. 一種複合半導體結構，其包括兩個或更多個鄰接的根據申請專利範圍第32項之半導體結構。
  34. 一種p型或n型半導體超晶格，其包括複數個單位晶胞，各單位晶胞包括由一實質上為單晶半導體所形成的至少兩個不同層，該超晶格具有一極性晶體結構，其具有一實質上平行於該極性晶體結構之一自發極化軸之生長軸，該超晶格之該等單位晶胞之該平均組成展現沿該生長軸之一單調變化，其係自一對應於一較寬帶隙(WBG)材料之平均組成至一對應於一較窄帶隙(NBG)材料之平均組成或自一對應於一NBG材料之平均組成至一對應於一WBG材料之平均組成，其誘導p型或n型導電性。
  35. 一種半導體結構，其包括：一p型超晶格區域；一i型超晶格區域；及一n型超晶格區域；其中該p型超晶格區域、該i型超晶格區域及該n型超晶格區域中之至少一者包括一平均組成之單調變化，其係自一對應於一較寬帶隙(WBG)材料的平均組成至一對應於一較窄帶隙(NBG)材料的平均組成或自一對應於一NBG材料的平均組成至一對應於一WBG材料的平均組成，以使得在各區域之間的界面處無極化之突變。
  36. 如申請專利範圍第35項之半導體結構，其進一步包括一鄰近該p型超晶格區域之p型GaN區域。
TW104116670A 2014-05-27 2015-05-25 p型或n型半導體結構及超晶格、其等之形成方法，以及形成發光二極體(LED)結構之方法 TWI660504B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2014902008A AU2014902008A0 (en) 2014-05-27 Advanced electronic device structures using semiconductor structures and superlattices
??2014902008 2014-05-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201603265A true TW201603265A (zh) 2016-01-16
TWI660504B TWI660504B (zh) 2019-05-21

Family

ID=54698187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104116670A TWI660504B (zh) 2014-05-27 2015-05-25 p型或n型半導體結構及超晶格、其等之形成方法，以及形成發光二極體(LED)結構之方法

Country Status (6)

Country Link
US (7) US9691938B2 (zh)
JP (2) JP6636459B2 (zh)
KR (1) KR102318317B1 (zh)
CN (1) CN106537617B (zh)
TW (1) TWI660504B (zh)
WO (1) WO2015181657A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI828945B (zh) * 2020-06-24 2024-01-11 日商日機裝股份有限公司 氮化物半導體紫外線發光元件

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014087799A1 (ja) * 2012-12-05 2014-06-12 株式会社村田製作所 圧電部材、弾性波装置及び圧電部材の製造方法
US11322643B2 (en) * 2014-05-27 2022-05-03 Silanna UV Technologies Pte Ltd Optoelectronic device
WO2015181656A1 (en) 2014-05-27 2015-12-03 The Silanna Group Pty Limited Electronic devices comprising n-type and p-type superlattices
JP6636459B2 (ja) 2014-05-27 2020-01-29 シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドＳｉｌａｎｎａ Ｕｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ Ｌｔｄ 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス
US10749070B2 (en) * 2016-05-20 2020-08-18 Lumileds Llc Method of forming a P-type layer for a light emitting device
US10090433B2 (en) * 2016-12-02 2018-10-02 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor heterostructure polarization doping
WO2018204402A1 (en) 2017-05-01 2018-11-08 Ohio State Innovation Foundation Tunnel junction ultraviolet light emitting diodes with enhanced light extraction efficiency
JP7228176B2 (ja) * 2017-11-10 2023-02-24 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
US10957817B2 (en) 2017-11-15 2021-03-23 Cornell University Polarization field assisted heterostructure design for efficient deep ultra-violet light emitting diodes
WO2019111153A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-13 King Abdullah University Of Science And Technology Methods for forming graded wurtzite iii-nitride alloy layers
WO2019193487A1 (en) 2018-04-06 2019-10-10 Silanna UV Technologies Pte Ltd Semiconductor structure with chirp layer
EP3803960B1 (en) * 2018-06-07 2023-11-08 Silanna UV Technologies Pte Ltd Optoelectronic device
TWI780167B (zh) * 2018-06-26 2022-10-11 晶元光電股份有限公司 半導體基底以及半導體元件
WO2020012392A1 (en) 2018-07-13 2020-01-16 Silanna UV Technologies Pte Ltd Semiconductor-metal contacts with spontaneous and induced piezoelectric polarization
JP2019054236A (ja) * 2018-08-23 2019-04-04 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法
US11688825B2 (en) * 2019-01-31 2023-06-27 Industrial Technology Research Institute Composite substrate and light-emitting diode
JP7338166B2 (ja) * 2019-02-25 2023-09-05 日本電信電話株式会社 半導体装置
US11462658B2 (en) 2019-08-16 2022-10-04 Silanna UV Technologies Pte Ltd Impact ionization light-emitting diodes
CN110600591B (zh) * 2019-08-21 2021-11-26 苏州紫灿科技有限公司 具有啁啾超晶格最终势垒结构的深紫外led及制备方法
US11322647B2 (en) 2020-05-01 2022-05-03 Silanna UV Technologies Pte Ltd Buried contact layer for UV emitting device
US11342484B2 (en) 2020-05-11 2022-05-24 Silanna UV Technologies Pte Ltd Metal oxide semiconductor-based light emitting device
US20210399121A1 (en) * 2020-06-18 2021-12-23 The Regents Of The University Of California Novel approach to controlling linearity in n-polar gan mishemts
JP7513484B2 (ja) * 2020-10-09 2024-07-09 株式会社デンソー 半導体装置
KR102380306B1 (ko) * 2021-01-14 2022-03-30 (재)한국나노기술원 나노 스케일 박막 구조의 구현 방법
CN113193038B (zh) * 2021-04-01 2022-08-26 北京大学 p型沟道的III-V族材料异质结构和HEMT器件及制备方法
EP4423325A1 (en) 2021-10-27 2024-09-04 Silanna UV Technologies Pte Ltd Methods and systems for heating a wide bandgap substrate
EP4430671A1 (en) * 2021-11-10 2024-09-18 Silanna UV Technologies Pte Ltd Epitaxial oxide materials, structures, and devices
WO2023084274A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 Silanna UV Technologies Pte Ltd Epitaxial oxide materials, structures, and devices
WO2023084275A1 (en) 2021-11-10 2023-05-19 Silanna UV Technologies Pte Ltd Ultrawide bandgap semiconductor devices including magnesium germanium oxides
CN114300556B (zh) * 2021-12-30 2024-05-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 外延结构、外延生长方法及光电器件
WO2023200354A1 (ru) * 2022-04-15 2023-10-19 Общество С Ограниченной Ответственностью "Технология Твердотельного Охлаждения" Термоэлектрический светодиод

Family Cites Families (182)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US732956A (en) 1901-08-12 1903-07-07 Charlie C Palmer Regulating means for self-feeders and band-cutters.
JPS5627692A (en) 1979-08-15 1981-03-18 Japan Atomic Energy Res Inst Electric coil for nuclear fusion device
JPS6027692A (ja) 1983-07-25 1985-02-12 Ulvac Corp インプロセスモニタ可能な気相エピタキシヤル成長用化学反応装置
JPS6028268A (ja) * 1983-07-26 1985-02-13 Agency Of Ind Science & Technol 半導体装置
US4972246A (en) * 1988-03-22 1990-11-20 International Business Machines Corp. Effective narrow band gap base transistor
US5436192A (en) * 1989-03-24 1995-07-25 Xerox Corporation Method of fabricating semiconductor structures via photo induced evaporation enhancement during in situ epitaxial growth
US5248890A (en) 1989-05-13 1993-09-28 Forschungszentrum Julich Gmbh Valance specific lanthanide doped optoelectronic metal fluoride semiconductor device
US5060030A (en) 1990-07-18 1991-10-22 Raytheon Company Pseudomorphic HEMT having strained compensation layer
US5298108A (en) * 1991-07-05 1994-03-29 The University Of California Serpentine superlattice methods and devices
JPH0697598A (ja) * 1992-09-14 1994-04-08 Hitachi Ltd 半導体発光装置
JP3445653B2 (ja) 1994-03-23 2003-09-08 士郎 酒井 発光素子
US5932899A (en) 1996-08-23 1999-08-03 Trustees Of Boston University Semiconductor having enhanced acceptor activation
US6677619B1 (en) 1997-01-09 2004-01-13 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
JP3220977B2 (ja) 1997-05-07 2001-10-22 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
JP4277283B2 (ja) 1997-07-22 2009-06-10 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
CN1142598C (zh) 1997-07-25 2004-03-17 日亚化学工业株式会社 氮化物半导体发光器件
US6266355B1 (en) 1997-09-12 2001-07-24 Sdl, Inc. Group III-V nitride laser devices with cladding layers to suppress defects such as cracking
US6593589B1 (en) 1998-01-30 2003-07-15 The University Of New Mexico Semiconductor nitride structures
AU2746899A (en) 1998-03-12 1999-09-27 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
JP2000244070A (ja) 1999-02-19 2000-09-08 Sony Corp 半導体装置および半導体発光素子
CN1347581A (zh) * 1999-03-26 2002-05-01 松下电器产业株式会社 带有应变补偿层的半导体结构及其制备方法
JP4423699B2 (ja) 1999-05-27 2010-03-03 ソニー株式会社 半導体レーザ素子及びその作製方法
KR20010029852A (ko) 1999-06-30 2001-04-16 도다 다다히데 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 및 그 제조방법
US6515313B1 (en) * 1999-12-02 2003-02-04 Cree Lighting Company High efficiency light emitters with reduced polarization-induced charges
JP3950604B2 (ja) 1999-12-28 2007-08-01 日本オプネクスト株式会社 半導体レーザ装置、半導体レーザアレー装置及び光伝送装置
JP5145617B2 (ja) 2000-07-03 2013-02-20 日亜化学工業株式会社 ｎ型窒化物半導体積層体およびそれを用いる半導体素子
JP3963068B2 (ja) 2000-07-19 2007-08-22 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法
JP2002208755A (ja) 2000-11-13 2002-07-26 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ
US6906352B2 (en) 2001-01-16 2005-06-14 Cree, Inc. Group III nitride LED with undoped cladding layer and multiple quantum well
US20020149033A1 (en) 2001-04-12 2002-10-17 Michael Wojtowicz GaN HBT superlattice base structure
JP2003045900A (ja) 2001-05-25 2003-02-14 Sharp Corp 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置
US6958497B2 (en) 2001-05-30 2005-10-25 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
JP3645233B2 (ja) 2001-06-07 2005-05-11 日本電信電話株式会社 半導体素子
US7015515B2 (en) 2001-06-08 2006-03-21 Toyoda Gosei Co., Ltd. Group III nitride compound semiconductor device having a superlattice structure
JP2003163373A (ja) 2001-11-26 2003-06-06 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
US7919791B2 (en) 2002-03-25 2011-04-05 Cree, Inc. Doped group III-V nitride materials, and microelectronic devices and device precursor structures comprising same
US6921924B2 (en) 2003-06-18 2005-07-26 United Epitaxy Company, Ltd Semiconductor light-emitting device
US6995389B2 (en) 2003-06-18 2006-02-07 Lumileds Lighting, U.S., Llc Heterostructures for III-nitride light emitting devices
KR100580623B1 (ko) 2003-08-04 2006-05-16 삼성전자주식회사 초격자 구조의 반도체층을 갖는 반도체 소자 및 그 제조방법
JP2005064072A (ja) 2003-08-20 2005-03-10 Rohm Co Ltd 半導体発光素子
US20050156183A1 (en) 2003-10-06 2005-07-21 Tzong-Liang Tsai Light-emitting device having reflecting layer formed under electrode
JP2005150531A (ja) * 2003-11-18 2005-06-09 Nec Compound Semiconductor Devices Ltd 半導体装置
US7901994B2 (en) 2004-01-16 2011-03-08 Cree, Inc. Methods of manufacturing group III nitride semiconductor devices with silicon nitride layers
WO2006013698A1 (ja) 2004-08-02 2006-02-09 Nec Corporation 窒化物半導体素子、及びその製造方法
US7042018B2 (en) 2004-09-22 2006-05-09 Formosa Epitaxy Incorporation Structure of GaN light-emitting diode
JP2006108585A (ja) 2004-10-08 2006-04-20 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
KR100662191B1 (ko) 2004-12-23 2006-12-27 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
KR100580751B1 (ko) 2004-12-23 2006-05-15 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
US7812366B1 (en) 2005-03-18 2010-10-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Ultraviolet light emitting AlGaN composition, and ultraviolet light emitting device containing same
US7265374B2 (en) 2005-06-10 2007-09-04 Arima Computer Corporation Light emitting semiconductor device
US7547925B2 (en) 2005-11-14 2009-06-16 Palo Alto Research Center Incorporated Superlattice strain relief layer for semiconductor devices
JP2007157765A (ja) 2005-11-30 2007-06-21 Rohm Co Ltd 窒化ガリウム半導体発光素子
BRPI0619150A2 (pt) 2005-12-02 2011-09-20 Helianthos Bv célula fotovoltaica
TWI316294B (en) 2005-12-22 2009-10-21 Mears Technologies Inc Method for making an electronic device including a selectively polable superlattice
US7910935B2 (en) 2005-12-27 2011-03-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Group-III nitride-based light emitting device
JP3863174B2 (ja) 2006-05-08 2006-12-27 東芝電子エンジニアリング株式会社 発光装置
JP4172505B2 (ja) 2006-06-29 2008-10-29 住友電気工業株式会社 面発光型半導体素子及び面発光型半導体素子の製造方法
US7807917B2 (en) * 2006-07-26 2010-10-05 Translucent, Inc. Thermoelectric and pyroelectric energy conversion devices
US20080054248A1 (en) 2006-09-06 2008-03-06 Chua Christopher L Variable period variable composition supperlattice and devices including same
WO2008060349A2 (en) 2006-11-15 2008-05-22 The Regents Of The University Of California Method for heteroepitaxial growth of high-quality n-face gan, inn, and ain and their alloys by metal organic chemical vapor deposition
US7769066B2 (en) 2006-11-15 2010-08-03 Cree, Inc. Laser diode and method for fabricating same
KR100862497B1 (ko) * 2006-12-26 2008-10-08 삼성전기주식회사 질화물 반도체 소자
JP2009123718A (ja) 2007-01-16 2009-06-04 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物化合物半導体素子及びその製造方法、ｉｉｉ族窒化物化合物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
CN101578715A (zh) 2007-01-16 2009-11-11 昭和电工株式会社 Ⅲ族氮化物化合物半导体元件及其制造方法、ⅲ族氮化物化合物半导体发光元件及其制造方法和灯
US9437430B2 (en) 2007-01-26 2016-09-06 Crystal Is, Inc. Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
US7880161B2 (en) 2007-02-16 2011-02-01 Mears Technologies, Inc. Multiple-wavelength opto-electronic device including a superlattice
US8362503B2 (en) 2007-03-09 2013-01-29 Cree, Inc. Thick nitride semiconductor structures with interlayer structures
JP2008235574A (ja) 2007-03-20 2008-10-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 面発光半導体レーザ
EP1976031A3 (en) 2007-03-29 2010-09-08 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode having well and/or barrier layers with superlattice structure
US8686396B2 (en) 2007-05-08 2014-04-01 Nitek, Inc. Non-polar ultraviolet light emitting device and method for fabricating same
US8030684B2 (en) 2007-07-18 2011-10-04 Jds Uniphase Corporation Mesa-type photodetectors with lateral diffusion junctions
US8519437B2 (en) 2007-09-14 2013-08-27 Cree, Inc. Polarization doping in nitride based diodes
KR101438808B1 (ko) 2007-10-08 2014-09-05 엘지이노텍 주식회사 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN101447536A (zh) 2007-11-26 2009-06-03 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 固态发光元件
JP5353113B2 (ja) 2008-01-29 2013-11-27 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法
JP2009277882A (ja) 2008-05-14 2009-11-26 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
CN100532638C (zh) * 2008-05-16 2009-08-26 南京大学 生长非极性面GaN薄膜材料的方法及其用途
US9331240B2 (en) 2008-06-06 2016-05-03 University Of South Carolina Utlraviolet light emitting devices and methods of fabrication
TWI413279B (zh) 2008-06-20 2013-10-21 Toyoda Gosei Kk Iii族氮化物半導體發光元件及其製造方法、以及燈
US8000366B2 (en) 2008-11-21 2011-08-16 Palo Alto Research Center Incorporated Laser diode with high indium active layer and lattice matched cladding layer
CN102460664B (zh) * 2009-05-11 2014-08-13 同和电子科技有限公司 电子器件用外延衬底及其制造方法
DE102009034359A1 (de) 2009-07-17 2011-02-17 Forschungsverbund Berlin E.V. P-Kontakt und Leuchtdiode für den ultravioletten Spektralbereich
JP4681684B1 (ja) 2009-08-24 2011-05-11 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 窒化物半導体素子およびその製造方法
KR101173072B1 (ko) 2009-08-27 2012-08-13 한국산업기술대학교산학협력단 경사진 기판 상의 고품질 비극성／반극성 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP2010021576A (ja) 2009-10-19 2010-01-28 Ricoh Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP5526712B2 (ja) 2009-11-05 2014-06-18 豊田合成株式会社 半導体発光素子
US9368580B2 (en) 2009-12-04 2016-06-14 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor material doping
US9287442B2 (en) 2009-12-04 2016-03-15 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor material doping
US8586963B2 (en) 2009-12-08 2013-11-19 Lehigh University Semiconductor light-emitting devices having concave microstructures providing improved light extraction efficiency and method for producing same
US8835998B2 (en) 2009-12-14 2014-09-16 University Of Notre Dame Du Lac Compositionally graded heterojunction semiconductor device and method of making same
US8604461B2 (en) 2009-12-16 2013-12-10 Cree, Inc. Semiconductor device structures with modulated doping and related methods
US8357924B2 (en) 2010-01-05 2013-01-22 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode and method of fabricating the same
US9412901B2 (en) 2010-01-08 2016-08-09 Sensor Electronic Technology, Inc. Superlattice structure
JP2011146575A (ja) 2010-01-15 2011-07-28 Nec Corp 偏光制御発光素子とその製造方法
US8138494B2 (en) 2010-01-27 2012-03-20 Chang Gung University GaN series light-emitting diode structure
KR101007136B1 (ko) 2010-02-18 2011-01-10 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법
EP2562829A4 (en) 2010-03-01 2014-12-10 Dowa Electronics Materials Co Ltd SEMICONDUCTOR ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP2011181762A (ja) 2010-03-02 2011-09-15 Tohoku Univ 半導体装置の製造方法
JP5533744B2 (ja) 2010-03-31 2014-06-25 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP5706102B2 (ja) 2010-05-07 2015-04-22 ローム株式会社 窒化物半導体素子
JP5665171B2 (ja) * 2010-05-14 2015-02-04 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体電子デバイス、ｉｉｉ族窒化物半導体電子デバイスを作製する方法
US8927959B2 (en) 2010-06-18 2015-01-06 Sensor Electronic Technology, Inc. Deep ultraviolet light emitting diode
JP5400001B2 (ja) 2010-08-23 2014-01-29 日本電信電話株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体の深紫外発光素子構造
WO2012067687A2 (en) 2010-08-26 2012-05-24 The Ohio State University Nanoscale emitters with polarization grading
JP5904734B2 (ja) 2010-09-16 2016-04-20 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． グラフェン発光素子及びその製造方法
US20120104360A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 The Regents Of The University Of California Strain compensated short-period superlattices on semipolar or nonpolar gan for defect reduction and stress engineering
WO2012078849A2 (en) 2010-12-08 2012-06-14 Sensor Electronic Technology, Inc. Light emitting device with varying barriers
JP2012146847A (ja) 2011-01-13 2012-08-02 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子および半導体光学装置
CN102117869B (zh) 2011-01-21 2013-12-11 厦门市三安光电科技有限公司 一种剥离发光二极管衬底的方法
JP5648510B2 (ja) 2011-02-04 2015-01-07 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
US8633468B2 (en) 2011-02-11 2014-01-21 Sensor Electronic Technology, Inc. Light emitting device with dislocation bending structure
WO2012138414A1 (en) 2011-04-06 2012-10-11 Versatilis Llc Optoelectronic device containing at least one active device layer having a wurtzite crystal structure, and methods of making same
JP5023230B1 (ja) 2011-05-16 2012-09-12 株式会社東芝 窒化物半導体素子、窒化物半導体ウェーハ及び窒化物半導体層の製造方法
JP2014516214A (ja) 2011-06-10 2014-07-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 高放出強度および低効率ドループ半極性青色発光ダイオード
EP2718988A2 (en) 2011-06-10 2014-04-16 The Regents of the University of California Low droop light emitting diode structure on gallium nitride semipolar substrates
US9337387B2 (en) 2011-06-15 2016-05-10 Sensor Electronic Technology, Inc. Emitting device with improved extraction
US20130026480A1 (en) 2011-07-25 2013-01-31 Bridgelux, Inc. Nucleation of Aluminum Nitride on a Silicon Substrate Using an Ammonia Preflow
US8916906B2 (en) 2011-07-29 2014-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Boron-containing buffer layer for growing gallium nitride on silicon
WO2013021464A1 (ja) 2011-08-09 2013-02-14 創光科学株式会社 窒化物半導体紫外線発光素子
US9385271B2 (en) 2011-08-11 2016-07-05 Sensor Electronic Technology, Inc. Device with transparent and higher conductive regions in lateral cross section of semiconductor layer
US20130043459A1 (en) 2011-08-19 2013-02-21 Svt Associates, Inc. Long Wavelength Infrared Superlattice
US20130043458A1 (en) 2011-08-19 2013-02-21 Svt Associates, Inc. Long Wavelength Infrared Superlattice
US9330911B2 (en) 2011-08-22 2016-05-03 Invenlux Limited Light emitting device having group III-nitride current spreading layer doped with transition metal or comprising transition metal nitride
CN103733308B (zh) 2011-09-05 2016-08-17 日本电信电话株式会社 氮化物半导体结构以及其制作方法
US8791450B2 (en) 2011-09-22 2014-07-29 Sensor Electronic Technology, Inc. Deep ultraviolet light emitting diode
US9287455B2 (en) 2011-09-22 2016-03-15 Sensor Electronic Technology, Inc. Deep ultraviolet light emitting diode
US20130082274A1 (en) 2011-09-29 2013-04-04 Bridgelux, Inc. Light emitting devices having dislocation density maintaining buffer layers
JP5732140B2 (ja) 2011-09-30 2015-06-10 創光科学株式会社 窒化物半導体素子及びその製造方法
US9252329B2 (en) 2011-10-04 2016-02-02 Palo Alto Research Center Incorporated Ultraviolet light emitting devices having compressively strained light emitting layer for enhanced light extraction
US9397260B2 (en) 2011-10-10 2016-07-19 Sensor Electronic Technology, Inc. Patterned layer design for group III nitride layer growth
JP5238865B2 (ja) 2011-10-11 2013-07-17 株式会社東芝 半導体発光素子
JP5988568B2 (ja) 2011-11-14 2016-09-07 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 半導体発光素子およびその製造方法
US9337301B2 (en) 2011-12-21 2016-05-10 Massachusetts Institute Of Technology Aluminum nitride based semiconductor devices
US8723189B1 (en) 2012-01-06 2014-05-13 Trustees Of Boston University Ultraviolet light emitting diode structures and methods of manufacturing the same
CN102569484A (zh) 2012-02-08 2012-07-11 中国科学院半导体研究所 InAs/GaSb二类超晶格红外探测器
CN102534764A (zh) 2012-02-17 2012-07-04 中国科学院半导体研究所 Ⅱ类超晶格窄光谱红外光电探测器材料的外延生长方法
EP2817834B1 (en) 2012-02-23 2020-07-15 Sensor Electronic Technology Inc. Ohmic contact to semiconductor
US20130221320A1 (en) 2012-02-27 2013-08-29 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Led with embedded doped current blocking layer
JP2013214700A (ja) 2012-03-07 2013-10-17 Toshiba Corp 半導体発光素子
JP2013239690A (ja) * 2012-04-16 2013-11-28 Sharp Corp 超格子構造、前記超格子構造を備えた半導体装置および半導体発光装置、ならびに前記超格子構造の製造方法
US9396933B2 (en) 2012-04-26 2016-07-19 Applied Materials, Inc. PVD buffer layers for LED fabrication
US20130320296A1 (en) 2012-06-05 2013-12-05 Epistar Corporation Light emitting device with qcse-reversed and qcse-free multi quantum well structure
KR101669641B1 (ko) 2012-06-28 2016-10-26 서울바이오시스 주식회사 표면 실장용 발광 다이오드, 그 형성방법 및 발광 다이오드 모듈의 제조방법
KR101368687B1 (ko) 2012-07-02 2014-03-04 전자부품연구원 초격자 구조를 이용한 질화물계 반도체 발광 소자의 제조 방법
WO2014011964A1 (en) 2012-07-12 2014-01-16 Sensor Electronic Technology, Inc. Metallic contact for optoelectronic semiconductor device
JP6120204B2 (ja) 2012-09-06 2017-04-26 パナソニック株式会社 エピタキシャルウェハ及びその製造方法、紫外発光デバイス
DE202013012470U1 (de) 2012-09-07 2017-01-12 Seoul Viosys Co., Ltd. Leuchtdiodenarray auf WAFER-Ebene
US9401452B2 (en) * 2012-09-14 2016-07-26 Palo Alto Research Center Incorporated P-side layers for short wavelength light emitters
KR102059030B1 (ko) 2012-09-24 2019-12-24 엘지이노텍 주식회사 자외선 발광 소자
JP5853921B2 (ja) 2012-09-26 2016-02-09 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
US9112103B1 (en) 2013-03-11 2015-08-18 Rayvio Corporation Backside transparent substrate roughening for UV light emitting diode
CN102945902B (zh) 2012-12-11 2014-12-17 东南大学 一种光子晶体结构的发光二极管及其应用
KR102027301B1 (ko) 2012-12-14 2019-10-01 서울바이오시스 주식회사 광추출 효율이 향상된 발광다이오드
US9287449B2 (en) 2013-01-09 2016-03-15 Sensor Electronic Technology, Inc. Ultraviolet reflective rough adhesive contact
WO2014110195A1 (en) 2013-01-09 2014-07-17 Sensor Electronic Technology, Inc. Light emitting heterostructure with partially relaxed semiconductor layer
US9331244B2 (en) 2013-02-25 2016-05-03 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor structure with inhomogeneous regions
CN108511567A (zh) 2013-03-15 2018-09-07 晶体公司 与赝配电子和光电器件的平面接触
US9184202B2 (en) * 2013-03-15 2015-11-10 Banpil Photonics, Inc. Broadband image sensor and manufacturing thereof
US8896008B2 (en) 2013-04-23 2014-11-25 Cree, Inc. Light emitting diodes having group III nitride surface features defined by a mask and crystal planes
WO2014178288A1 (ja) 2013-04-30 2014-11-06 創光科学株式会社 紫外線発光装置
EP2992562B1 (en) 2013-05-01 2024-07-03 Sensor Electronic Technology Inc. Stress relieving semiconductor layer
US9281441B2 (en) 2013-05-23 2016-03-08 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor layer including compositional inhomogeneities
JP6192378B2 (ja) 2013-06-18 2017-09-06 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子
US9368582B2 (en) 2013-11-04 2016-06-14 Avogy, Inc. High power gallium nitride electronics using miscut substrates
US9240517B2 (en) 2014-02-21 2016-01-19 Osram Sylvania Inc. Strain relief superlattices and optoelectronic devices including the same
US9412902B2 (en) 2014-02-22 2016-08-09 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor structure with stress-reducing buffer structure
US9318650B2 (en) 2014-03-13 2016-04-19 Qingdao Jason Electric Co., Ltd. Light-emitting device with heavily doped active-region and method for manufacturing the same
WO2015157178A1 (en) 2014-04-07 2015-10-15 Crystal Is, Inc. Ultraviolet light-emitting devices and methods
US11322643B2 (en) 2014-05-27 2022-05-03 Silanna UV Technologies Pte Ltd Optoelectronic device
WO2015181656A1 (en) 2014-05-27 2015-12-03 The Silanna Group Pty Limited Electronic devices comprising n-type and p-type superlattices
CN106663718B (zh) 2014-05-27 2019-10-01 斯兰纳Uv科技有限公司 光电装置
JP6636459B2 (ja) 2014-05-27 2020-01-29 シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドＳｉｌａｎｎａ Ｕｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ Ｌｔｄ 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス
US10361343B2 (en) * 2014-07-02 2019-07-23 Trustees Of Boston University Ultraviolet light emitting diodes
KR102320790B1 (ko) 2014-07-25 2021-11-03 서울바이오시스 주식회사 자외선 발광 다이오드 및 그 제조 방법
CN105450842A (zh) 2014-09-25 2016-03-30 紫岳科技有限公司 紫外光源及其方法
US9246311B1 (en) 2014-11-06 2016-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of manufacture for an ultraviolet laser diode
US9444224B2 (en) 2014-12-08 2016-09-13 Palo Alto Research Center Incorporated Nitride laser diode with engineered non-uniform alloy composition in the n-cladding layer
KR102237154B1 (ko) 2015-02-25 2021-04-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 이를 구비한 라이트 유닛
US9455300B1 (en) 2015-03-02 2016-09-27 Rayvio Corporation Pixel array of ultraviolet light emitting devices
KR20170124439A (ko) 2016-05-02 2017-11-10 서울바이오시스 주식회사 고효율 장파장 발광 소자
US11302843B2 (en) 2017-10-02 2022-04-12 Dowa Electronics Materials Co., Ltd. Deep ultraviolet light-emitting device and method of manufacturing same
US10276746B1 (en) 2017-10-18 2019-04-30 Bolb Inc. Polarization electric field assisted hole supplier and p-type contact structure, light emitting device and photodetector using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI828945B (zh) * 2020-06-24 2024-01-11 日商日機裝股份有限公司 氮化物半導體紫外線發光元件

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170013247A (ko) 2017-02-06
US11114585B2 (en) 2021-09-07
US10153395B2 (en) 2018-12-11
US11563144B2 (en) 2023-01-24
US20180122985A1 (en) 2018-05-03
US9871165B2 (en) 2018-01-16
JP7022736B2 (ja) 2022-02-18
US10483432B2 (en) 2019-11-19
JP6636459B2 (ja) 2020-01-29
US20230163237A1 (en) 2023-05-25
US9691938B2 (en) 2017-06-27
JP2017517148A (ja) 2017-06-22
CN106537617A (zh) 2017-03-22
US20190051794A1 (en) 2019-02-14
US20220052223A1 (en) 2022-02-17
US20160149074A1 (en) 2016-05-26
US20200075799A1 (en) 2020-03-05
KR102318317B1 (ko) 2021-10-28
TWI660504B (zh) 2019-05-21
JP2020074405A (ja) 2020-05-14
CN106537617B (zh) 2019-04-16
US20170263813A1 (en) 2017-09-14
WO2015181657A1 (en) 2015-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7022736B2 (ja) 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス
US10475956B2 (en) Optoelectronic device
US10475954B2 (en) Electronic devices comprising n-type and p-type superlattices
US9660133B2 (en) Group III nitride heterostructure for optoelectronic device
US20130270514A1 (en) Low resistance bidirectional junctions in wide bandgap semiconductor materials
US20130270519A1 (en) Non-Uniform Multiple Quantum Well Structure
US11862750B2 (en) Optoelectronic device
CN106025018B (zh) 超晶格结构