一种深紫外半导体发光元件制造技术

本发明专利技术涉及半导体光电器件的技术领域，特别是涉及一种深紫外半导体发光元件，其从下至上依次包括衬底、缓冲层、第一导电型半导体，多量子阱，导电型电子阻挡层和第二导电型半导体，所述导电型电子阻挡层的H浓度为1E17～5E18cm

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外半导体发光元件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件的
，特别是涉及一种深紫外半导体发光元件。

技术介绍

[0002]半导体发光元件具有可调范围广泛的波长范围，发光效率高，节能环保，可使用超过10万小时的长寿命、尺寸小、可设计性强等因素；半导体发光元件通过Al组分的调控，波长可短至200
‑
350nm的紫外波段；高Al组分(Al组分大于40％)AlGaN材料的Al迁移率低，横向生长速率低，且AlGaN与蓝宝石衬底之间具有较大的晶格失配与热失配，导致高Al组分(Al组分大于40％)AlGaN材料的生长难度远远高于GaN材料和低Al组分的AlGaN材料(Al组分小于40％)，容易产生裂纹、未长平、粗糙等表面问题；同时，高Al组分AlGaN的空穴离化能随着Al组分上升而急剧上升，空穴离化率随着Al组分上升而下降，电阻值随Al组分上升则上升，导致常规深紫外半导体发光元件电子阻挡层的离化自由空穴浓度低于1E17cm
‑3。

技术实现思路

[0003]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种深紫外半导体发光元件，通过设置导电型电子阻挡层并控制C/H/O含量比例，调控适用于高Al组分Al
y
Ga1‑
y
N材料的C/H/O含量和比例，可以有效降低该层的空穴离化能，提升空穴离化效率和Mg杂质溶解度，提升离化后的自由空穴载流子浓度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]本专利技术提供一种深紫外半导体发光元件，从下至上依次包括衬底、缓冲层、第一导电型半导体，多量子阱，导电型电子阻挡层和第二导电型半导体，所述导电型电子阻挡层的H浓度为1E17～5E18cm
‑3，C浓度为1E16～1E18cm
‑3，O为介于1E17～1E18cm
‑3。
[0006]一种可能的技术方案中，所述第一导电型半导体的H浓度为1E17～1E18cm
‑3，C浓度为1E16～5E16cm
‑3，O浓度为5E16～5E17cm
‑3；第一导电型半导体为Al
x
Ga1‑
x
N材料，Al组分x为40％～100％。
[0007]一种可能的技术方案中，所述多量子阱为量子阱层与量子垒层Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N/Al
c
In
d
Ga1‑
c
‑
d
N组成的周期性量子结构，量子阱层为Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N，Al组分a为30～50％，量子垒层的Al组分c为50～100％，量子阱层和量子垒层的In组分b和d均为0～20％，发出的光为深紫外波段光介于200～350nm；多量子阱的H浓度为5E17～1E18cm
‑3，C浓度为1E16～5E16cm
‑3，O浓度为5E16～5E17cm
‑3。
[0008]一种可能的技术方案中，所述第二导电型半导体的H浓度为1E18～1E22cm
‑3，C浓度为1E17～1E21cm
‑3，O浓度为1E17～1E21cm
‑3。
[0009]一种可能的技术方案中，所述导电型电子阻挡层为高Al组分Al
y
Ga1‑
y
N材料，Al组分y为55～100％。
[0010]一种可能的技术方案中，所述导电型电子阻挡层的Mg掺杂浓度为5E18～5E20cm
‑3。
[0011]一种可能的技术方案中，所述第二导电型半导体的Mg掺杂浓度为5E19～5E20cm
‑3。
[0012]与现有技术相比本专利技术的有益效果为：
[0013]第一导电型半导体为Al
x
Ga1‑
x
N材料，Al组分x为40％～100％，通过控制适合于高Al组分的第一导电型半导体C/H/O浓度，调控适合第一导电型半导体的结晶形貌，降低第一导电型半导体与缓冲层间的晶格失配，减少表面裂纹的产生，表面裂纹可降低至边缘1mm以内；同时，提升第一导电型半导体的电子离化效率、降低电子离化能，降低半导体发光元件的接触电阻和电流的横向扩展能力，使得局部电流密度高得到改善，降低局部击穿的发生概率，进而提高抗ESD能力。
[0014]通过控制高Al组分的多量子阱C/H/O浓度的降低多量子阱的非辐射复合中心，提升多量子阱的量子局域限制效应，提升电子空穴波函数的限域效应，提升多量子阱的辐射复合效率和半导体发光元件的量子效率。
[0015]导电型电子阻挡层为高Al组分Al
y
Ga1‑
y
N材料，Al组分的y为55～100％，高Al组分AlGaN的空穴离化能随着Al组分上升而急剧下降，导致常规深紫外半导体发光元件的电子阻挡层的离化自由空穴浓度低于1E17cm
‑3；通过控制导电型电子阻挡层的C/H/O含量，调控适用于高Al组分Al
y
Ga1‑
y
N材料的C/H/O含量和比例，可以有效降低该层的空穴离化能，提升空穴离化效率，提升离化后的自由空穴载流子浓度至1E18cm
‑3以上；导电型电子阻挡层的Mg掺杂浓度为5E18～5E20cm
‑3，使C/H/O与Mg浓度互相搭配，能够进一步提升空穴离化效率和Mg杂质溶解度。
[0016]通过控制第二导电型半导体的C/H/O浓度，可提升第二导电型半导体的空穴离化效率、降低空穴离化能，降低接触界面的电阻，改善欧姆接触和电流的横向扩展能力；第二导电型半导体的Mg掺杂浓度为5E19～5E20cm
‑3。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例的半导体发光元件的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术实施例的半导体发光元件的SIMS二次离子质谱图；
[0019]附图标记：100：衬底；101：缓冲层；102：第一导电型半导体；103：多量子阱；104：导电型电子阻挡层；105：第二导电型半导体。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0021]如图1所示，本专利技术实施例1的深紫外半导体发光元件，从下至上依次包括衬底100、缓冲层101、第一导电型半导体102，多量子阱103，导电型电子阻挡层104和第二导电型半导体105，衬底100是氮化物半导体结晶能够在表面进行外延生长的基板，且能够选择使用满足对于半导体发光元件所发出的光的波长范围透射率较高(例如该光的透射率在50％以上)的基板；例如，作为衬底100的材料，可列举出氮化铝、蓝宝石、GaN等；缓冲层101：缓冲层101发挥缓冲功能，从缓冲功能方面出发，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深紫外半导体发光元件，其特征在于，从下至上依次包括衬底、缓冲层、第一导电型半导体，多量子阱，导电型电子阻挡层和第二导电型半导体，所述导电型电子阻挡层的H浓度为1E17～5E18cm
‑3，O浓度为1E17～1E18cm
‑3。2.如权利要求1所述的深紫外半导体发光元件，其特征在于，所述第一导电型半导体的H浓度为1E17～1E18cm
‑3，O浓度为5E16～5E17cm
‑3；第一导电型半导体为Al
x
Ga1‑
x
N材料，Al组分x为40％～100％。3.如权利要求1所述的深紫外半导体发光元件，其特征在于，所述多量子阱为量子阱层与量子垒层Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N/Al
c
In
d
Ga1‑
c
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d
N组成的周期性量子结构，量子阱层为Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N，Al组分a为30～50％，量子垒层的Al组分c为50～100％，量子阱层和量子垒层的In组分b和d均为0～20％，发出的光为深紫外波段光介于200～350nm；多量子阱的H浓度为5E17～1E18cm
‑3，C浓度为1E16～5E16cm
‑3，O浓度为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王程刚，
申请(专利权)人：安徽格恩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：