高效率有源层和半导体发光器件及制备方法技术

一种高效率有源层和半导体发光器件及其制备方法，高效率有源层包括：应变量子阱层；位于所述应变量子阱层一侧的第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；位于所述应变量子阱层另一侧的第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。提高了发光效率和可靠性。提高了发光效率和可靠性。提高了发光效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高效率有源层和半导体发光器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种高效率有源层和半导体发光器件及制备方法。

技术介绍

[0002]半导体发光结构是以一定的半导体材料作为工作物质而产生受激发射作用的器件，其工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体材料的能带（导带与价带）之间，或者半导体材料的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，因半导体发光结构体积小、电光转换效率高被广泛的使用。
[0003]现有的半导体发光结构和有源层的发光效率和可靠性还有待提高。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中有源层和半导体发光结构的发光效率和可靠性还有待提高的问题，从而提供一种高效率有源层和半导体发光器件及制备方法。
[0005]本专利技术提供一种高效率有源层，包括：应变量子阱层；位于所述应变量子阱层一侧的第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；位于所述应变量子阱层另一侧的第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
[0006]可选的，所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶；所述应变量子阱层的价带与所述第二势垒层的价带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶。
[0007]可选的，所述第一应变势垒层的禁带宽度等于所述第二势垒层的禁带宽度。
[0008]可选的，所述高效率有源层的发光波长为750nm
‑
860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAs
x3
P1‑
x3
；所述压应变势垒层的材料包括In
x1
Ga1‑
x1
P；所述第二势垒层的材料包括Al
x2
Ga1‑
x2
As。
[0009]可选的，所述压应变势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为35/65~47/53。
[0010]可选的，所述张应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带
阶；所述第二势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为35/65~47/53。
[0011]可选的，所述张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm。
[0012]可选的，x3为0.70~0.95。
[0013]可选的，所述张应变量子阱层的材料为GaAs
0.82
P
0.18
。
[0014]可选的，所述高效率有源层的发光波长为870nm
‑
1100nm；所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括In
x6
Ga1‑
x6
As；所述张应变势垒层的材料包括GaAs
x4
P1‑
x4
；所述第二势垒层的材料包括Al
x5
Ga1‑
x5
As。
[0015]可选的，所述张应变势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为30/70~45/55。
[0016]可选的，所述压应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为30/70~45/55。
[0017]可选的，所述压应变量子阱层的厚度为4nm~8nm。
[0018]可选的，所述压应变量子阱层的材料的压应变范围为0.1%~2%。
[0019]可选的，所述张应变势垒层的材料的张应变范围为0.1%~2%。
[0020]可选的，x4为0.7~0.95;x5为0.05~0.3;x6为0.1~0.3。
[0021]本专利技术还提供一种半导体发光器件，包括本专利技术的高效率有源层。
[0022]可选的，还包括：半导体衬底层，所述高效率有源层位于所述半导体衬底层上；所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。
[0023]可选的，还包括：相对设置的N型波导层和P型波导层；所述高效率有源层位于所述N型波导层和所述P型波导层之间；N型限制层和P型限制层，N型限制层位于N型波导层背离所述高效率有源层的一侧，所述P型限制层位于P型波导层背离所述高效率有源层的一侧。
[0024]本专利技术还提供一种高效率有源层的方法，其特征在于，包括：形成第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；形成第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；在形成第一应变势垒层的步骤和形成第二势垒层的步骤之间，形成应变量子阱层；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
[0025]可选的，所述高效率有源层的发光波长为750nm
‑
860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAs
x3
P1‑
x3
；所述压应变势垒层的材料包括In
x1
Ga1‑
x1
P；所述第二势垒层的材料包括Al
x2
Ga1‑
x2
As。
[0026]可选的，形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和P源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理、第二中断处理和第三中断处理；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效率有源层，其特征在于，包括：应变量子阱层；位于所述应变量子阱层一侧的第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；位于所述应变量子阱层另一侧的第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。2.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶；所述应变量子阱层的价带与所述第二势垒层的价带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶。3.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述第一应变势垒层的禁带宽度等于所述第二势垒层的禁带宽度。4.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述高效率有源层的发光波长为750nm
‑
860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAs
x3
P1‑
x3
；所述压应变势垒层的材料包括In
x1
Ga1‑
x1
P；所述第二势垒层的材料包括Al
x2
Ga1‑
x2
As。5.根据权利要求4所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为35/65~47/53。6.根据权利要求4所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为35/65~47/53。7.根据权利要求4所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm。8.根据权利要求4或7所述的高效率有源层，其特征在于，x3为0.70~0.95。9.根据权利要求8所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变量子阱层的材料为GaAs
0.82
P
0.18
。10.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述高效率有源层的发光波长为870nm
‑
1100nm；所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括In
x6
Ga1‑
x6
As；所述张应变势垒层的材料包括GaAs
x4
P1‑
x4
；所述第二势垒层的材料包括Al
x5
Ga1‑
x5
As。11.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为30/70~45/55。
12.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为30/70~45/55。13.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变量子阱层的厚度为4nm~8nm。14.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变量子阱层的材料的压应变范围为0.1%~2%。15.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变势垒层的材料的张应变范围为0.1%~2%。16.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，x4为0.7~0.95;x5为0.05~0.3;x6为0.1~0.3。17.一种半导体发光器件，其特征在于，包括：权利要求1至16任意一项所述高效率有源层。18.根据权利要求17所述的半导体发光器件，其特征在于，还包括：半导体衬底层，所述高效率有源层位于所述半导体衬底层上；所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。19.根据权利要求17或18所述的半导体发光器件，其特征在于，还包括：相对设置的N型波导层和P型波导层；所述高效率有源层位于所述N型波导层和所述P型波导层之间；N型限制层和P型限制层，N型限制层位于N型波导层背离所述高效率有源层的一侧，所述P型限制层位于P型波导层背离所述高效率有源层的一侧。20.一种制备权利要求1至16任意一项所述的高效率有源层的方法，其特征在于，包括：形成第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；形成第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；在形成第一应变势垒层的步骤和形成第二势垒层的步骤之间，形成应变量子阱层；所述第一应变势垒层和所述应变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，谭少阳，周立，程洋，肖啸，郭银涛，俞浩，李泉灵，廖新胜，闵大勇，
申请(专利权)人：苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：