專利名稱：具有減少相分離、利用第三族氮化物四元金屬體系的半導體結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及半導體結(jié)構(gòu)及其制備方法，特別是涉及第III族氮化物材料體系以及如可能用于藍激光二極管的方法。
背景技術(shù)：
藍色激光源的開發(fā)成功宣告了下一代的高密度光學裝置，包括磁盤存儲器，DVD，等等的實現(xiàn)。

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)的半導體激光裝置的橫截面圖(S.Nakamura，MRS BULLETIN，Vol.23，No.5，pp.37-43，1998)。在藍寶石基材5上，形成氮化鎵(GaN)緩沖層10，然后形成n-型GaN層15，和0.1μm厚的二氧化硅(SiO2)層20，使所述層20構(gòu)圖，以便形成4μm寬的窗戶25，其在GaN＜1-100＞方向上的周期性為12μm。然后，形成n-型GaN層30，n-型氮化銦鎵(In0.1Ga0.9N)層35，n-型氮化鋁鎵(Al0.14Ga0.86N)/GaN MD-SLS((調(diào)制摻雜應(yīng)變層超晶格)Modulation Doped Stained-Layer Superlattices)包復層40，以及n型GaN包復層45。接著，形成In0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85NMQW(多量子阱(Multiple Quantum Well)活性層50，之后是p-型Al0.2Ga0.8N包復層55，p-型GaN包復層60，p-型Al0.14Ga0.86N/GaNMD-SLS包復層65，和p型GaN包復層70。在p-型Al0.14Ga0.86N/GaNMD-SLS包復層55中形成脊形條結(jié)構(gòu)，以便限制在側(cè)向于脊形波導結(jié)構(gòu)中傳播的光場。在p-型GaN包復層70和n-型GaN層30上形成電極，以便提供電流注入。
在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，n型GaN包復層45和p-型GaN包復層60是光導層。n-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層40和p-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層65起包復層的作用，用于限制從InGaN MQW層50的活性區(qū)發(fā)射出的載流子和光線。n-型In0.1Ga0.9N層35起用于厚的AlGaN薄膜增長的緩沖層的作用，以便防止開裂。
通過利用圖1所示的結(jié)構(gòu)，通過電極將載流子注入InGaN MQW活性層50中，使得在400nm波長范圍內(nèi)進行光發(fā)射。由于在脊條區(qū)下的有效折射率大于脊條區(qū)外的有效折射率，因此，光場被限制在側(cè)向的活性層中，這是由于在p-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層65中形成的脊形波導結(jié)構(gòu)所致。另一方面，由于活性層的折射率大于n型GaN包復層45和p-型GaN包復層60，n-型Al0.14Ga0.86N/GaNMD-SLS包復層40和p-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層60的折射率，因此，通過n型GaN包復層45，n-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層40，p-型GaN包復層60，和p-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層55，在橫向?qū)⒐鈭鱿拗圃诨钚詫又?。因此，獲得了基本上橫模的操作。
然而，對于圖1所示的結(jié)構(gòu)，難于使缺陷密度降低至低于10-8cm-2，這是因為AlGaN，InGaN，和GaN的晶格常數(shù)彼此完全不同，當n-型In0.1Ga0.9N層35，In0.02Ga0.98N/In0.15Ga0.85N MQW活性層50，n-型Al0.14Ga0.86N/GaN MD-SLS包復層40，p-型Al0.14Ga0.86N/GaNMD-SLS包復層65，以及p-型Al0.2Ga0.8N包復層55超過臨界厚度時，作為釋放應(yīng)變能量的一種方式，在結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生缺陷。缺陷由相分離造成并且起激光吸收中心的作用，這將造成光輻射效率的降低并增加臨閾電流。結(jié)果是操作電流變大，這又將使得可靠性受損害。
此外，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，將InGaN的三元合金體系用作活性層。在這種情況下，帶隙能量在1.9eV(InN)至3.5eV(GaN)之間改變。因此，能量值高于3.5eV的紫外光，通過利用InGaN活性層將不能獲得。由于在例如更高密度光學磁盤存儲系統(tǒng)和其它裝置中，作為光學拾取裝置的光源，紫外光是有吸引力的，因此，這將出現(xiàn)一些問題。
為更好地了解在常規(guī)三元材料體系中由相分離所造成的缺陷，必須理解InN，GaN和AlN之間晶格常數(shù)的失配。在InN和GaN，InN和AlN，以及GaN和AlN之間的晶格失配分別為11.3％，13.9％，和2.3％。因此，即使等效晶格常數(shù)與基材的等效晶格常數(shù)相同，但由于等效粘結(jié)長度在InN，GaN和AlN之間彼此不同，內(nèi)部應(yīng)變能量將積累在InGaN層中。為了降低內(nèi)部應(yīng)變能量，在InGaN晶格失配材料體系中，存在著發(fā)生相分離的組分范圍，其中In原子，Ga原子，和Al原子不均勻地分布在所述層中。相分離的結(jié)果是InGaN層中的In原子，Ga原子，和Al原子將不根據(jù)各組成層中的原子摩爾份數(shù)進行均勻地分布。這意味著，包括相分離的任何層的帶隙能量分布也將變得不均勻。相分離部分的帶隙區(qū)不成比例地起光學吸收中心的作用，或者使波導的光線產(chǎn)生光學散射。如上所述，解決這些問題的典型的現(xiàn)有技術(shù)的辦法是增加驅(qū)動電流，因此將降低半導體裝置的壽命。
因此，長期以來，一直需要一種半導體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使由于相分離所致的晶格缺陷最少化，并且能夠例如用作在高頻發(fā)射藍光或UV的激光二極管，以及用于其它半導體結(jié)構(gòu)、如晶體管。
發(fā)明概述通過實質(zhì)上減少結(jié)構(gòu)的層之間的相分離，通過提供明顯減少缺陷密度的半導體結(jié)構(gòu)，本發(fā)明基本克服了現(xiàn)有技術(shù)的限制。這又能夠大大地改善發(fā)射效率。
為減少相分離，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，可能提供帶InGaAlN層的半導體裝置，其中在每層中In成份，Al成份，Ga成份均勻分布。在光發(fā)射裝置中，這使得光吸收損失和波導散射損失能夠減少，從而形成高效率的光發(fā)射裝置。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，四元材料體系、如InGaAlN能夠提供可再現(xiàn)的、充分的均勻性，以便大大地減少相分離，其中，在半導體結(jié)構(gòu)中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于一恒定值。
根據(jù)本發(fā)明的裝置通常包括彼此順序形成的第一導電性的InGaAlN材料的第一層，InGaAlN活性層和相反導電型的InGaAlN材料的層。根據(jù)公式x+1.2y等于一常數(shù)，例如約等于1，維持所述摩爾份數(shù)，組成層的晶格常數(shù)將保持相互基本相等，這將減少缺陷的產(chǎn)生。
在另一實施方案中，利用四元材料體系，以便消除相分離并促進橫跨層界面的均勻性，基本如上所述制備半導體結(jié)構(gòu)。因此，如前所述，第一包復層是第一導電型的并且是InGaAlN的組分，活性層是第二組分的InGaAlN，而第二包復層是相反導電型的、具有第一層組分的InGaAlN。然而，除此之外，第二包復層具有脊結(jié)構(gòu)。如前所述，減少了光吸收損失和波導散射損失，這將產(chǎn)生更高的效率，其中所增加的益處是光場能夠在側(cè)向限制在脊結(jié)構(gòu)下的活性層中。該結(jié)構(gòu)也允許基本上橫模操作。
在本發(fā)明的第三實施方案中，特別適合的裝置是激光二極管，該半導體結(jié)構(gòu)包括第一導電型的In1-x1-y1Gax1Aly1N材料的第一包復層，In1-x2-y2Gax2Aly2N材料的活性層，和相反導電型的In1-x3-y3Gax3Aly3N材料的第二包復層，每層均順序地形成在先前的層上。在這樣的材料體系中，其中x1，x2，和x3限定GaN的摩爾份數(shù)，而y1，y2，和y3限定AlN的摩爾份數(shù)，并且x1，y1，x2，y2，x3，和y3的關(guān)系如下0＜x1+y1＜1，0＜x2+y2＜1，0＜x3+y3＜1，1＜＝x1/0.80+y1/0.89，1＜＝x2/0.80+y2/0.89，1＜＝x3/0.80+y3/0.89，EgInN(1-x1-y1)+EgGaNx1+EgAlNy1＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，而EgInN(1-x3-y3)+EgGaNx3+EgAlNy3＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，式中，EgInN，EgGaN和EgAlN分別為InN，GaN，和AlN的帶隙能量。
為提供根據(jù)上述材料體系的可再現(xiàn)的半導體結(jié)構(gòu)，InGaAlN層的舉例性實施方案具有Ga含量，x，和Al含量，y；其滿足如下關(guān)系0＜x1+y1＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。如前所述，該材料體系能夠降低光吸收損失和波導散射損失，從而形成高效率的光發(fā)射裝置。此外，當0＜x1+y1＜1，0＜x2+y2＜1，0＜x3+y3＜1，1＜＝x1/0.80+y1/0.89，1＜＝x2/0.80+y2/0.89，1＜＝x3/0.80+y3/0.89，EgInN(1-x1-y1)+EgGaNx1+EgAlNy1＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，而EgInN(1-x3-y3)+EgGaNx3+EgAlNy3＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2時，活性層的InGaAlN的帶隙能量變得低于第一包復層和第二包復層的帶隙能量。在這些條件下，注入的載流子將限制在活性層中。在至少某些實施方案中，優(yōu)選的是，第三光發(fā)射裝置具有InGaAlN的單或多量子阱活性層，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，xw，和AlN摩爾份數(shù)，yw，滿足如下關(guān)系0＜xw+yw＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。
前述結(jié)構(gòu)的益處之一在于降低了激光二極管的臨閾電流密度。這能夠通過利用單或多量子阱結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，所述量子阱結(jié)構(gòu)將降低活性層各狀態(tài)的密度。這將使得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)所需的載流子密度變得更小，從而產(chǎn)生降低的或低的臨閾電流密度的激光二極管。
優(yōu)選的是，在第三光發(fā)射裝置中，滿足xs+1.2ys約等于一常數(shù)(約等于1)這樣的條件，其中，xs和ys分別為各組成層中GaN摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾份數(shù)。如前所述，這將使得各組成層的晶格常數(shù)相互基本相等，這又將大大地使相分離所致的缺陷最少化。
在本發(fā)明的第四實施方案中，半導體結(jié)構(gòu)可以包含第一導電型的In1-x1-y1Gax1Aly1N材料的第一包復層，In1-x2-y2Gax2Aly2N材料的活性層，和相反導電型的In1-x3-y3Gax3Aly3N材料的第二包復層，每層均順序地形成在先前的層上。此外，第二包復層具有脊結(jié)構(gòu)。對于前述材料體系，其中x1，x2，和x3限定GaN的摩爾份數(shù)，而y1，y2，和y3限定AlN的摩爾份數(shù)，并且x1，y1，x2，y2，x3，和y3的關(guān)系如下0＜x1+y1＜1，0＜x2+y2＜1，0＜x3+y3＜1，1＜＝x1/0.80+y1/0.89，1＜＝x2/0.80+y2/0.89，1＜＝x3/0.80+y3/0.89，EgInN(1-x1-y1)+EgGaNx1+EgAlNy1＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，而EgInN(1-x3-y3)+EgGaNx3+EgAlNy3＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，式中，EgInN，EgGaN和EgAlN分別為InN，GaN，和AlN的帶隙能量。
與前面的實施方案一樣，每個InGaAlN層均具有均勻的In成份，Al成份，和Ga成份分布，當每個InGaAlN層的Ga含量，x，Al含量，y滿足0＜x1+y1＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89時，能夠可再現(xiàn)地得到所述含量。當0＜x1+y1＜1，0＜x2+y2＜1，0＜x3+y3＜1，1＜＝x1/0.80+y1/0.89，1＜＝x2/0.80+y2/0.89，1＜＝x3/0.80+y3/0.89，EgInN(1-x1-y1)+EgGaNx1+EgAlNy1＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，而EgInN(1-x3-y3)+EgGaNx3+EgAlNy3＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2時，InGaAlN活性層的帶隙能量變得低于第一包復層和第二包復層的帶隙能量。與先前實施方案相同，注入的載流子被限制在活性層中，并且光場在側(cè)向被限制在脊結(jié)構(gòu)下的活性層中，這將產(chǎn)生基本橫模的操作。
也與先前實施方案相同，第四實施方案通常包括InGaAlN的單或多量子阱活性層，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，xw，和AlN摩爾份數(shù)，yw，滿足如下關(guān)系0＜xw+yw＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。另外，通常也滿足xs+1.2ys約等于一常數(shù)(約等于1)這樣的條件，其中，xs和ys分別為各組成層中GaN摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾份數(shù)。類似的參數(shù)適用于其它基材，如藍寶石，碳化硅等等。
利用常規(guī)的處理溫度和時間，通常在500℃-1000℃，可以取得前述結(jié)果。參見“利用低壓金屬有機化學劑蒸汽沉積的、高光學和電學質(zhì)量GaN層的增長”(Appl.Phys.Lett.58(5)，1991年2月4日，第526頁等)。
通過結(jié)合附圖對本發(fā)明下面的詳細說明，可以更好地理解本發(fā)明。
附1示出了利用常規(guī)三元材料體系的、現(xiàn)有技術(shù)的激光二極管結(jié)構(gòu)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的半導體結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖3示出了根據(jù)圖1結(jié)構(gòu)的激光二極管光-電流特性圖。
圖4示出了用于制備本發(fā)明第一實施方案的半導體結(jié)構(gòu)的一系列舉例性步驟。
圖5示出了根據(jù)第二實施方案的半導體結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖6示出了根據(jù)圖4結(jié)構(gòu)的激光二極管的光-電流特性圖。
圖7示出了用于制備本發(fā)明第一實施方案的半導體結(jié)構(gòu)的一系列舉例性步驟。
圖8是第三實施方案的半導體激光二極管的橫截面圖。
圖9示出了第三實施方案的激光二極管的光-電流特性圖。
圖10示出了第三實施方案的一試驗例中的半導體激光二極管的一系列制備步驟。
圖11是第四實施方案的半導體激光二極管的橫截面。
圖12示出了第四實施方案的激光二極管的光-電流特性圖。
圖13示出了第四實施方案的一試驗例中的半導體激光二極管的一系列制備步驟。
圖14以繪圖形式示出了在不同增長溫度下相分離區(qū)和沒有相分離的區(qū)之間的邊界。
圖15示出了在低于約1000℃的增長溫度下，為避免相分離而對InGaAlN中的Ga含量和Al含量的含量選擇線。
圖16示出了在低于約1000℃的增長溫度下，同時使InGaAlN的晶格常數(shù)基本上等于GaN的晶格常數(shù)，為避免相分離而對InGaAlN中的Ga含量和Al含量的含量選擇線。
圖17A和17B示出了根據(jù)本發(fā)明材料體系構(gòu)成的雙極和FET晶體管的示圖。
圖18示出了作為光電晶體管的本發(fā)明的裝置。
圖19示出了作為光電二極管的本發(fā)明的裝置。
發(fā)明詳述首先參考圖2，其中在橫截面圖中示出的是根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的半導體結(jié)構(gòu)。盡管本發(fā)明可用于許多形式的裝置，但為進行說明，在許多圖中示出的半導體結(jié)構(gòu)將是激光二極管。特別是參考圖2，第一實施方案的二極管，提供n型GaN基材100并在其上形成n型GaN第一包復層105(通常為0.5微米厚)。然后，在其上形成約1.5微米厚的、通常是n型In0.05Ga0.75Al0.2N材料的第二包復層110，之后是多量子阱活性層115，在舉例性排列中，上述多量子阱活性層可以包括三個厚度約35埃的、In0.01Ga0.96Al0.03N材料的量子阱層以及以三對排列的、四個厚度約35埃的、In0.02Ga0.85Al0.13N材料的阻擋層。接著，形成p型In0.05Ga0.75Al0.2N(通常約1.5mm厚)的第三包復層，之后是p型GaN第四包復層125(約0.5微米厚)。然后，在p型GaN第四包復層125上形成帶有條狀窗戶區(qū)135(3.0微米寬)的SiO2層130。在n型GaN基材100上形成第一電極140，同時在SiO2層130和窗戶區(qū)135上形成第二電極145。
為了從活性層115發(fā)射波長為350納米的紫外光，將量子阱層的InN的摩爾份數(shù)，GaN的摩爾份數(shù)，和AlN摩爾份數(shù)分別設(shè)置為0.01，0.96，和0.03。為避免由相分離所致的缺陷，不同組成層的晶格常數(shù)通過對各層中GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y進行設(shè)置而相互匹配，以滿足如下條件x+1.2y約等于一恒定值。在舉例性實施方案中，將該恒定值設(shè)置成約1，例如1±0.1，但絕大多數(shù)的實施方案將在1±0.05的范圍內(nèi)。
通過對材料適當?shù)倪x擇，使n型第二包復層110和p型第三包復層120的帶隙能量大于3對多量子阱活性層115的帶隙能量。這將來自n型第二包復層110和p型第三包復層120的注入載流子限制在活性層115中，在其中，載流子再結(jié)合而發(fā)射紫外光。此外，n型第二包復層110和p型第三包復層120的折射率小于多量子阱活性層115的折射率，這將使光場限制在橫向。
由于對從電極145注入的電流進行限制而流經(jīng)窗戶區(qū)135，因此，在窗戶區(qū)下活性層115中的區(qū)域?qū)⒈粡娏せ睢＿@將使得窗戶區(qū)6a下的活性層中的局部模態(tài)增益大于SiO2層下的活性層中的局部模態(tài)增益。因此，導致激光振蕩、由波導機械引導的增益能夠在第一實施方案的結(jié)構(gòu)中形成。
圖3示出了發(fā)射光對根據(jù)第一實施方案構(gòu)成的激光二極管的驅(qū)動電流的作圖。激光二極管通過有荷因數(shù)為1％的脈沖電流驅(qū)動。臨閾電流密度為5.5kA/cm2。
圖4A-4D順序示出了構(gòu)成根據(jù)第一實施方案舉例性激光二極管所需制備步驟的概要。由于由圖4A-4D得到的結(jié)構(gòu)與圖2中的結(jié)構(gòu)類似，因此，當可能時將相同的參考號用于相同的各元件。首先參考圖4A，首先提供n型GaN基材100，然后在其上增加n型GaN第一包復層105。所述第一包復層105的厚度通常為0.5微米。然后，形成厚度通常為1.5微米的、n型In0.05Ga0.75Al0.2N第二包復層110。
接著，通過形成由三層每層厚度約35埃的、In0.01Ga0.96Al0.03N材料組成的三個量子阱，以及每層厚度約35埃的、In0.02Ga0.85Al0.13N材料的四個阻擋層，而形成多量子阱活性層115。接著，形成p型In0.05Ga0.75Al0.2N(通常約1.5微米厚)的第三包復層120，之后形成p型GaN第四包復層125(約0.5微米厚)。其中各層通常通過金屬有機化學劑蒸汽沉積法(MOCVD)或分子束外延(MBE)法形成。
然后，如圖4B中所示，例如通過化學劑蒸汽沉積(CVD)法，在p型GaN第四包復層125上形成SiO2層130。利用光刻法和蝕刻法或任何其它合適的方法，如圖4C中所示，形成窗戶區(qū)135。在至少某些實施方案中，窗戶區(qū)135可以是條狀的。最后，如圖4D中所示，通過蒸發(fā)或任何其它合適的方法，分別在n型GaN基材100上和在SiO2層130上形成第一電極140和第二電極145。
接著參考圖5，將更易理解本發(fā)明半導體結(jié)構(gòu)的第二實施方案。與第一實施方案一樣，第二實施方案的舉例性應(yīng)用是形成激光二極管。第二實施方案的結(jié)構(gòu)使波導機械能夠建立在帶實際折射率引導的該結(jié)構(gòu)中。本實施方案提供低臨閾電流密度的激光二極管，它能夠利用基本上橫模進行操作。
繼續(xù)參考圖5，為參考方便，將相同的元件用相同的參考號表示。在n型GaN基材100上，形成約0.5微米厚、n型GaN的第一包復層105。順序地形成1.5微米厚、In0.05Ga0.75Al0.2N材料的、n型第二包復層110。然后，形成多量子阱活性層115，該層包含約35埃厚的In0.01Ga0.96Al0.03N材料的三個量子阱層以及厚度也是約35埃的、In0.02Ga0.85Al0.13N的四個阻擋層。接著，形成約1.5微米厚、In0.05Ga0.75Al0.2N材料的第三p型包復層120。然后，在第三包復層120的脊結(jié)構(gòu)500上面形成約0.5微米厚的、p型GaN第四包復層125。然后，部分除去第三和第四包復層，從而產(chǎn)生脊結(jié)構(gòu)500。然后，在第四包復層125以及第三包復層120的剩余暴露部分上形成二氧化硅(SiO2)層130。分別通過第四和第三包復層125和120上的二氧化硅層，而形成可以是條狀的、寬度約2.0微米的窗戶區(qū)135。與第一實施方案一樣，在n型GaN基材100上形成第一電極140，并在二氧化硅層130上和窗戶區(qū)135上形成第二電極145。
與第一實施方案一樣，為了從活性層14發(fā)射波長為350納米的紫外光，將量子阱層中InN的摩爾份數(shù)，GaN的摩爾份數(shù)，和AlN摩爾份數(shù)分別設(shè)置在0.01，0.96，和0.03。同樣地，為了使不同組成層的晶格常數(shù)匹配，以避免由相分離所致的缺陷，使各層中GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y滿足如下條件x+1.2y約等于一恒定值。如第一實施方案，將該恒定值設(shè)置成約1，以致使，各層的等效晶格常數(shù)約等于GaN的晶格常數(shù)。同樣地，將各包復層的帶隙能量保持在大于活性層的帶隙能量，以便能夠發(fā)射紫外光。同樣地，材料的折射率如第一實施方案中所討論的那樣，這使得光場被限制在橫向。
類似于第一實施方案的操作，在窗戶區(qū)135下的活性層115的區(qū)域，由于通過二氧化硅層對注入電流進行約束，因此被強力激活。該結(jié)果又將使得窗戶區(qū)135下的活性層中的局部模態(tài)增益大于SiO2層下的活性層中的局部模態(tài)增益。結(jié)合在脊條區(qū)內(nèi)在橫向相對更高有效折射率(與脊條區(qū)外的折射率相比)，這將提供有效的折射率躍變(Dn)。這將形成具有實際折射率引導的內(nèi)置波導機械的結(jié)構(gòu)。因此，第二實施方案的設(shè)計提供了能夠利用基本橫模進行操作的、低臨閾電流的激光二極管。
圖6示出了發(fā)射光與根據(jù)第二實施方案的激光二極管的驅(qū)動電流特性的圖。該激光二極管利用cw電流驅(qū)動。發(fā)現(xiàn)，臨閾電流為32.5mA。
接著參考圖7A-7E，其中示出了根據(jù)第二實施方案半導體激光二極管的舉例性裝置關(guān)鍵制備步驟的概要。
首先參考圖7A和7B，首先，在n型GaN基材100上形成第一和第二包復層105和110，以及與第一實施方案相同的三對多量子阱活性層115。然后，形成第三和第四包復層120和125，再部分地除去--通常通過蝕刻--以便形成脊結(jié)構(gòu)500。如前所述，在舉例性實施方案中，通過MOCVD或MBE法順序地形成各層。
然后，如圖7C-7E所示，通常通過CVD法，分別在第四和第三包復層125和120上形成二氧化硅層130，然后，與第一實施方案一樣形成窗戶區(qū)135。然后蒸發(fā)電極140和145，或另外粘結(jié)至結(jié)構(gòu)上。
接著參考圖8，將更易理解本發(fā)明第三實施方案。第三實施方案提供稍稍不同的摩爾份數(shù)，以便能夠發(fā)射藍光，但其它與第一實施方案相同。因此，繼續(xù)使用n型GaN基材100，以及n型GaN第一包復層105。然而，第二包復層810通常是約1.5微米厚的、n型In0.15Ga0.70Al0.15N材料，而三對量子阱活性層815通常包括In0.15Ga0.84Al0.01N材料的三個阻擋層，以及In0.16Ga0.80Al0.04N材料的四個阻擋層。第三包復層820通常是p型In0.15Ga0.70Al0.15N材料，而第四包復層125，與第一實施方案相同，是p型GaN材料。各層的厚度與第一實施方案基本相同。二氧化硅層130，窗戶區(qū)135，以及第一和第二電極140和145完成所述結(jié)構(gòu)。
為了從活性層24發(fā)射波長為400納米波長范圍的藍光，將量子阱層815內(nèi)InN的摩爾份數(shù)，GaN的摩爾份數(shù)，和AlN摩爾份數(shù)分別設(shè)置在0.15，0.84，和0.15。為了匹配組成層的晶格常數(shù)，以避免由相分離所致的缺陷，將各層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y設(shè)置成滿足如下條件x+1.2y約等于0.85+0.1的恒定值；如前所述，絕大多數(shù)實施方案將在0.85+0.05的范圍內(nèi)。
盡管第三實施方案發(fā)射藍光，而第一實施方案發(fā)射紫外光，但繼續(xù)將包復層的帶隙能量設(shè)置成大于三對多量子阱活性層815的帶隙能量。如前所述，允許載流子在活性層815中進行限制和再結(jié)合。另外，也與第一實施方案一樣的是，通過設(shè)計，使第二和第三包復層的折射率小于活性層的折射率，這將使得光場被限制在橫向。同樣地，與二氧化硅層130下的活性層部分相比，窗戶區(qū)135下的強的電流注入，將在活性層中得到相對更高的局部模態(tài)增益，這又將產(chǎn)生導致激光振動的、引導的波導機械。
圖9示出了發(fā)射光與根據(jù)第三實施方案激光二極管的驅(qū)動電流特性的作圖。激光二極管通過有荷因數(shù)為1％的脈沖電流驅(qū)動。臨閾電流密度為5.0kA/cm2。
圖10A-10D示出了第三實施方案一實施例中的半導體激光二極管的一系列制備步驟?？梢岳斫獾氖?，這些制備步驟與圖4A-4D中所述的步驟相同，并因此不進一步描述。
接著參考圖11，將更容易理解本發(fā)明的第四實施方案。與第三實施方案一樣，將第四實施方案設(shè)計成發(fā)射藍光并因此具有與第三實施方案相同的摩爾份數(shù)。然而，與第二實施方案一樣，構(gòu)成第四實施方案，以便提供起波導作用的脊結(jié)構(gòu)。由于摩爾份數(shù)與圖8的相同，因此，相同的元件將利用圖8中所用的參考號進行描述。
繼續(xù)參考圖11，可以看出，第四實施方案的結(jié)構(gòu)具有在其上形成第一包復層105然后形成第二包復層810的GaN基材100。然后在其上形成三對多量子阱活性層815，之后是第三包復層820。第四包復層125，二氧化硅層130，窗戶區(qū)135和電極140和145均如前所述形成。如圖8所示，保持材料中InN的摩爾份數(shù)，GaN的摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾數(shù)，或分別將其保持在0.15，0.84，和0.01。同樣地，與先前實施方案一樣，將各層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y設(shè)置成滿足如下條件x+1.2y約等于0.85+0.1的恒定值。用于電流注入的帶隙能量，折射率和模態(tài)增益基本上與第三實施方案中討論的相同，并因此不進一步進行討論。
圖12是驅(qū)動電流對根據(jù)第四實施方案構(gòu)成的激光二極管的發(fā)射光的作圖。臨閾電流為28.5mA。
圖13示出了根據(jù)第四實施方案的半導體激光二極管制備步驟的概要。這些步驟基本上與圖7A-7E中討論的步驟相同，因此不進一步進行討論。
接著參考圖14，可以更好的理解對GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y的選擇，以及InGaAlN組成層之間的關(guān)系。特別是，要求相對摩爾份數(shù)滿足如下關(guān)系0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。
圖14示出了相分離區(qū)對不同增長溫度作圖的邊界。圖14中的線示出了相對于不同溫度，組分不穩(wěn)定(相分離)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)之間的邊界。由InN-AlN線和邊界線包圍的區(qū)域示出了相分離區(qū)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，由于在InN和AlN之間，以及InN和GaN之間嚴重的晶格失配，因此，三元合金InAlN和InGaN具有嚴重的相分離。另一方面，已發(fā)現(xiàn)，由于在1000℃附近的結(jié)晶增長，由于AlN和GaN之間小的晶格失配，因此，三元合金GaAlN沒有相分離。
因此，已發(fā)現(xiàn)，能夠提供其中通常的結(jié)晶增長溫度在約500℃至約1000℃范圍內(nèi)的InGaAlN材料體系。同樣地，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在約500℃和約1000℃之間的處理溫度時，不會明顯地發(fā)生InGaAlN的In成份、Ga成份、和Al成份的相分離。最后，通過將兩個區(qū)與分離這兩個區(qū)的線相結(jié)合，所述兩個區(qū)由關(guān)系式x/0.80+y/0.89＝1來確定；其中發(fā)現(xiàn)，在低于約1000℃的結(jié)晶增長溫度下，為避免相分離對InGaAlN中Ga成份和Al成份的成份選擇區(qū)(即所述的兩個區(qū))是圖15中的陰影區(qū)。
因此，當使激光二極管的所有組成層中Ga摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y滿足關(guān)系式，0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89時，對于上述第四結(jié)構(gòu)實施方案的每一個，通過在約500℃和約1000℃之間的結(jié)晶增長溫度下進行操作，將能夠避免InGaAlN材料體系中的相分離現(xiàn)象。結(jié)果是根據(jù)原子摩爾份數(shù)，在每個組成層中In原子，Ga原子，和Al原子基本均勻的分布。
圖16示出了在InGaAlN體系中Ga成份、x、Al成份、y的成份選擇線，以避免在低于約1000℃的增長溫度下的相分離。圖16中的線示出了x+1.2y＝1的舉例線。因此，通過保證在GaN基材上形成的激光二極管的InGaAlN組成層的Ga的含量和Al的含量具有如下關(guān)系x+1.2y約等于1并且0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89，將能夠得到在GaN基材上的激光二極管，該二極管具有低的缺陷密度并且沒有或幾乎沒有相分離。
此外，利用上述材料體系，能夠制備其它的半導體結(jié)構(gòu)。第III族氮化物材料，尤其是GaN和AlN適用于能夠在高功率和高溫條件下操作的電子裝置，例如微波功率晶體管。這部分是由其寬帶隙(GaN為3.5eV，AlN為6.2eV)，高擊穿電場，以及高飽和速度所造成的。通過對比，AlAs，GaAs，和Si的帶隙分別為2.16eV，1.42eV，和1.12eV。這已引起了將AlGaN/GaN材料用于這樣的場效應(yīng)晶體管(FETs)的重大探索。然而，如前所述，AlGaN和GaN不同的晶格常數(shù)將產(chǎn)生明顯的缺陷，限制電子在最終結(jié)構(gòu)中的移動性和所述材料體系用于FET的用途。
本發(fā)明基本克服了現(xiàn)有技術(shù)的限制，其中，本發(fā)明的InGaAlN材料的晶格常數(shù)等于GaN的晶格常數(shù)。如上所述，In1-x-yGaxAlyN四元材料體系不僅具有大于3.1eV的帶隙，而且還具有基本上等于GaN的晶格常數(shù)；其中GaN的摩爾份數(shù)(x)和AlN的摩爾份數(shù)的摩爾份數(shù)(y)滿足如下關(guān)系0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89，并且x+1.2y＝1±0.1。這將能夠制備如FETs這樣的半導體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)在不同層中具有基本均勻的原子含量分布。因此，通過使用本發(fā)明的InGaAlN材料體系，將能夠?qū)崿F(xiàn)具有低缺陷密度的、高功率和高溫晶體管；其中所述材料中GaN摩爾份數(shù)(x)，和AlN摩爾份數(shù)(y)滿足上述關(guān)系。
參考圖17A，其中示出了利用本發(fā)明的InGaAlN/GaN材料的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)的一舉例性實施方案。在GaN基材520上形成0.5微米的i-GaN層525，然后形成一約10納米厚的GaN傳導通道層530和10納米厚的InGaAlN層535。源電極和漏極540A-B，以及柵極545以常規(guī)方式形成。在該結(jié)構(gòu)中，將InGaAlN層中的GaN的摩爾份數(shù)(x)和AlN的摩爾份數(shù)分別設(shè)置為0.64和0.3。在這種情況下，x和y值滿足如下關(guān)系0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89，并且x+1.2y＝1±0.1。這將使得InGaAlN層中基本上沒有相分離并且晶格常數(shù)等于GaN。由于在InGaAlN和GaN層的異形界面中形成的二維電子氣不會由于InGaAlN層原子含量的波動(如可能是在存在缺陷下引起的)而散射，因此，這又將能夠?qū)崿F(xiàn)高的電子速度。此外，InGaAlN的帶隙大于4eV，因此，通過利用圖17A所示的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的高溫操作。
同樣地，圖17B示出了本發(fā)明異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的實施方案。首先在GaN基材550上形成400納米厚的n型InGaAlN集電極層555，然后形成50納米厚的p型GaN基極層560，和300納米厚的發(fā)射極層565?；鶚O570，集電極575和發(fā)射極580按常規(guī)方式形成。與圖17A一樣，對于圖17B的舉例性實施方案，將InGaAlN層中的GaN的摩爾份數(shù)(x)和AlN的摩爾份數(shù)分別設(shè)置為0.64和0.3，并且要求x和y值滿足如上所述相同的關(guān)系。與圖17A一樣，實現(xiàn)了InGaAlN層沒有明顯的相分離并且晶格常數(shù)等于GaN，結(jié)果形成了很高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)的InGaAlN/GaN。此外，InGaAlN發(fā)射極層的帶隙(4.2eV)大于GaN基極層(3.5eV)，因此，在p型基極層中產(chǎn)生的空穴被很好地限制在基極層中。由于GaN和InGaAlN之間的價帶不連續(xù)性大于在GaN異質(zhì)結(jié)雙極晶體管中可能產(chǎn)生的價帶不連續(xù)性，因此，造成了所述的結(jié)果。這將具有相對于基極電流獲得集電極電流大幅增大的益處。此外，如上所述，InGaAlN和GaN層的帶隙較大，結(jié)果是，晶體管能夠在高溫應(yīng)用中可靠地使用。
接著參考圖18，其中示出了作為光電晶體管的本發(fā)明的裝置。在這點上，由于GaN和AlN均具有寬的帶隙(對于GaN為3.5eV，這相當于200納米的光波長，對于AlN為6.2eV，這相當于350納米的光波長)，因此，GaN和GaAlN對于在紫外(UV)范圍內(nèi)的光檢測器是有吸引力的材料。由于直接帶隙和AlGaN在整個AlN合金組分范圍內(nèi)的有效性，因此，AlGaN/GaN基UV光檢測器具有高量子效率這樣的優(yōu)點，以及高截止波長的可調(diào)諧性。然而，AlGaN的晶格常數(shù)明顯不同于GaN，因此往往會形成缺陷，這將使漏電電流增加。
In1-x-yGaxAlyN四元材料體系不僅提供大于3.1eV的帶隙，而且還能夠以相同原子含量分布的層的形式來制備，因此，InGaAlN材料也能夠用于UV光檢測器的應(yīng)用；其中GaN的摩爾份數(shù)(x)和AlN的摩爾份數(shù)(y)滿足如下關(guān)系0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。此外，GaN的摩爾份數(shù)(x)和AlN的摩爾份數(shù)(y)滿足x+1.2y＝1的In1-x-yGaxAlyN四元材料的晶格常數(shù)等于GaN。因此，通過使用本發(fā)明的InGaAlN/GaN材料，將能夠?qū)崿F(xiàn)具有低缺陷密度的、UV光檢測器；其中所述材料中GaN摩爾份數(shù)(x)，和AlN摩爾份數(shù)(y)滿足上述關(guān)系。在希望對其它頻率進行檢測的情況下，例如對藍光進行檢測，僅需要稍稍的進行變更。
如圖18所示，利用InGaAlN/GaN材料，本發(fā)明的半導體裝置能夠以異質(zhì)結(jié)光電晶體管的形式實施。首先在GaN基材700上形成約500納米厚、n型的InGaAlN集電極層705，然后形成200納米厚的p型GaN基極層710。然后，形成約500納米厚的發(fā)射極層715。在發(fā)射極層上，形成一脊形電極720，以便使光線能夠射到基極層上。
在舉例性結(jié)構(gòu)中，將InGaAlN層中的GaN的摩爾份數(shù)(x)和AlN的摩爾份數(shù)分別設(shè)置為0.64和0.3。在這種情況下，x和y值滿足如下關(guān)系0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89，并且x+1.2y＝1，結(jié)果是，InGaAlN層能夠在基本上沒有相分離同時晶格常數(shù)等于GaN下形成，因此能夠形成高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)的InGaAlN/GaN。InGaAlN發(fā)射極層的帶隙(4.2eV，相當于290納米的波長)大于GaN基極層的帶隙(3.5eV，相當于350納米的波長)。光線射在發(fā)射極側(cè)。對于所示出的實施方案，對于發(fā)射極層，290納米和350納米間波長范圍內(nèi)的的入射光是可穿透的，因此，該范圍內(nèi)的光線被吸收在GaN基極層中，并產(chǎn)生電子對和空穴對。由于GaN和InGaAlN之間的價帶不連續(xù)性大于常規(guī)GaN同質(zhì)結(jié)光電晶體管的價帶不連續(xù)性，因此，在p型基極層中的光吸收所產(chǎn)生的空穴被很好地限制在基極層內(nèi)。這將誘導出更大的發(fā)射極電流，與同質(zhì)結(jié)光電晶體管相比，這又將在基極區(qū)中提供更好的電子補償。因此，得到了高量子效率和高靈敏度、以及從輸入光至集電極電流最終的高轉(zhuǎn)換效率的光檢測器。在須檢測其它頻率的情況下，例如檢測藍光，可以用InGaN替代GaN基極層。
除圖18的光電晶體管實施方案以外，另外還可能完成本發(fā)明的發(fā)光二極管。參考圖19，首先提供n型基材900，并在基材上形成n型GaN第一包復層905。再在該包復層上形成In1-x-yGaxAlyN四元材料或等同物的n型層910，這符合圖18中所述的關(guān)系。然后形成活性層915，并在該層上形成p型In1-x-yGaxAlyN四元材料層920。然后，在層920上形成p型第二包復層925，并在其中形成窗戶930，以便暴露部分層920。窗戶930提供開口，由此光線能夠射至層920上，產(chǎn)生空穴。可以常規(guī)的方式制備一對電極935和940，其中電極935通常是環(huán)繞窗戶930的環(huán)形電極。可以理解的是，第二包復層925的帶隙優(yōu)選大于層920的帶隙，而層920的帶隙依次優(yōu)選大于活性層915的帶隙；這樣的方法給寬范圍波長的光線提供了靈敏度。如果希望窄波長范圍，可以將低于層920帶隙的材料用于層925。此外，由于在至少某些場合下層910，915和920提供適當?shù)墓饷魀n-結(jié)，因此，也不需要在所有實施方案中包括層925。
業(yè)已充分描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案和各種變更，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下尚存在許多變更和等同物。因此，本發(fā)明不被前述說明限定，而是由所附的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種半導體結(jié)構(gòu)，包括具有第一導電型的、InGaAlN材料的第一包復層，InGaAlN活性層，和與第一導電型相反導電型的第二包復層，對各層組成部分的摩爾份數(shù)進行選擇，以使相分離最小化。
2.一種半導體結(jié)構(gòu)，包括具有第一導電型的、InGaAlN材料的第一包復層，InGaAlN活性層，和與第一導電型相反導電型的第二包復層，對各層組成部分的結(jié)晶增長溫度和摩爾份數(shù)進行選擇，以使相分離最小化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射裝置，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于一恒定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)射裝置，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于1。
5.一種光發(fā)射裝置，包括沒有相分離的、第一導電型的、InGaAlN材料的第一包復層，沒有相分離的、InGaAlN活性層，和沒有相分離的、第二導電型的、InGaAlN材料的第二包復層，所述InGaAlN第二包復層具有脊結(jié)構(gòu)，所有層均順序形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光發(fā)射裝置，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于一恒定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光發(fā)射裝置，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于1。
8.一種光發(fā)射裝置，包括一定導電型的GaN第一包復層，所述一定導電型的In1-x1-y1Gax1Aly1N的第二包復層，In1-x2-y2Gax2Aly2N材料的活性層，和相反導電型的In1-x1-y1Gax1Aly1N材料的第三包復層，相反導電型的GaN第四包復層，所有層均順序地形成，其中x1，x2限定鎵的摩爾份數(shù)，而y1，y2限定鋁的摩爾份數(shù)，并且x1，y1，x2，和y2的關(guān)系如下0＜x1+y1＜1，0＜x2+y2＜1，1＜＝x1/0.80+y1/0.89，1＜＝x2/0.80+y2/0.89，并且EgInN(1-x1-y1)+EgGaNx1+EgAlNy1＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，式中，EgInN，EgGaN和EgAlN分別為InN，GaN，和AlN的帶隙能量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光發(fā)射裝置，其中所述活性層為InGaAlN單或多量子阱活性層，其GaN摩爾份數(shù)，xw，和AlN摩爾份數(shù)，yw，滿足如下關(guān)系0＜xw+yw＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光發(fā)射裝置，其中，滿足xs+1.2ys約等于一常數(shù)這樣的條件，其中，xs和ys分別為各InGaAlN組成層中GaN摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾份數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光發(fā)射裝置，其中，滿足xs+1.2ys約等于1這樣的條件，其中，xs和ys分別為各InGaAlN組成層中GaN摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾份數(shù)。
12.一種光發(fā)射裝置，包括第一導電型的In1-x1-y1Gax1Aly1N材料的第一包復層，所述導電型的In1-x2-y2Gax2Aly2N材料的活性層，和相反導電型的In1-x3-y3Gax3Aly3N材料的第二包復層，所述In1-x3-y3Gax3Aly3N第二包復層具有脊結(jié)構(gòu)，每層均順序地形成在先前的層上，其中，x1，x2，和x3限定鎵的摩爾份數(shù)，而y1，y2，和y3限定鋁的摩爾份數(shù)，并且x1，y1，x2，y2，x3，和y3的關(guān)系如下0＜x1+y1＜1，0＜x2+y2＜1，0＜x3+y3＜1，1＜＝x1/0.80+y1/0.89，1＜＝x2/0.80+y2/0.89，1＜＝x3/0.80+y3/0.89，EgInN(1-x1-y1)+EgGaNx1+EgAlNy1＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，而EgInN(1-x3-y3)+EgGaNx3+EgAlNy3＞EgInN(1-x2-y2)+EgGaNx2+EgAlNy2，式中，EgInN，EgGaN和EgAlN分別為InN，GaN，和AlN的帶隙能量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光發(fā)射裝置，其中，所述活性層是InGaAlN的單或多量子阱活性層，其中，所有組成層中GaN摩爾份數(shù)，xW，和AlN摩爾份數(shù)，yw，滿足如下關(guān)系0＜xw+yw＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光發(fā)射裝置，其中，滿足xs+1.2ys約等于一常數(shù)這樣的條件，其中，xs和ys分別為各組成層中GaN摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾份數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光發(fā)射裝置，其中，滿足xs+1.2ys約等于1其中，xs和ys分別為各組成層中GaN摩爾份數(shù)，和AlN的摩爾份數(shù)。
16.一種光檢測器裝置，包括沒有相分離的、一定導電型的、InGaAlN集電極層，沒有相分離的、相反導電型的InGaAlN基極層，沒有相分離的、所述一定導電型的InGaAlN發(fā)射極層，所有層彼此順序形成，其中所述InGaAlN基極層的帶隙小于其它InGaAlN層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光檢測器裝置，其中，所述InGaAlN組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下關(guān)系0＜x+y＜1和1＜＝x/0.80+y/0.89。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光檢測器裝置，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于一恒定值。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光檢測器裝置，其中，所有組成層的GaN摩爾份數(shù)，x，和AlN摩爾份數(shù)，y，滿足如下條件x+1.2y約等于1。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種供半導體結(jié)構(gòu)用的第III族氮化物四元材料體系,包括:激光二極管,晶體管,和光檢測器,所述結(jié)構(gòu)減少或消除相分離并提供增加的發(fā)射效率。在舉例性實施方案中,半導體結(jié)構(gòu)包括:在基本沒有相分離下形成的第一導電型的第一InGaAlN層,基本沒有相分離的InGaAlN活性層,和基本沒有相分離下形成的相反導電型的第三InGaAlN層。
文檔編號H01L29/201GK1345474SQ00805557
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者高山徹, 馬場孝明, Jr· 詹姆斯·S·哈里斯 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社