一种半导体发光元件制造技术

本发明专利技术提出了一种半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层，所述n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间具有介电常数梯度、折射率系数梯度和禁带宽度梯度。本发明专利技术通过设计半导体发光元件中n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间的介电常数梯度、折射率系数梯度和禁带宽度梯度，以提升光在半导体发光元件中的反射和折射，增大出射光的发光角，发光角由现有的80

【技术实现步骤摘要】
一种半导体发光元件


[0001]本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种半导体发光元件。

技术介绍

[0002]半导体元件特别是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、应用场景多、可设计性强等因素，已逐渐取代白炽灯和荧光灯，成长普通家庭照明的光源，并广泛应用新的场景，如户内高分辨率显示屏、户外显屏、Mini
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LED、Micro
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LED、手机电视背光、背光照明、路灯、汽车大灯、车日行灯、车内氛围灯、手电筒等应用领域。
[0003]传统氮化物半导体使用蓝宝石衬底生长，晶格失配和热失配大，导致较高的缺陷密度和极化效应，降低半导体发光元件的发光效率；同时，传统氮化物半导体的空穴离化效率远低于电子离化效率，导致空穴浓度低于电子浓度1个数量级以上，过量的电子会从多量子阱溢出至第二导电型半导体产生非辐射复合，空穴离化效率低会导致第二导电型半导体的空穴难以有效注入多量子阱中，空穴注入多量子阱的效率低，导致多量子阱的发光效率低；氮化物半导体结构具有非中心对称性，沿c轴方向会产生较强的自发极化，叠加晶格失配的压电极化效应，形成本征极化场；该本征极化场沿(001)方向，使多量子阱层产生较强的量子限制Stark效应，引起能带倾斜和电子空穴波函数空间分离，降低电子空穴的辐射复合效率；半导体发光元件的折射率、介电常数等参数大于空气，导致量子阱发出的光出射时的全反射角偏小，光提取效率偏低。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种半导体发光元件。
[0005]本专利技术实施例提供了一种半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层，所述n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间具有介电常数梯度、折射率系数梯度和禁带宽度梯度。
[0006]优选地，所述量子阱层包括第一子量子阱层、第二子量子阱层和第三子量子阱层，所述第一子量子阱层、第二子量子阱层和第三子量子阱层均为由阱层和垒层组成的周期结构，所述第一子量子阱层的周期数为m:30≥m≥1，第二子量子阱层的周期数为n:20≥n≥1,第三子量子阱层的周期数为r:20≥r≥5。
[0007]优选地，所述n型半导体层、第一子量子阱层、第二子量子阱层、第三子量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间介电常数梯度为：12≥d≥c≥b≥f≥a≥e≥8，所述n型半导体的介电常数为a，第一子量子阱层的介电常数为b，第二子量子阱层的介电常数为c，第三子量子阱层的介电常数为d，电子阻挡层的介电常数为e，p型半导体的介电常数为f。
[0008]优选地，所述n型半导体层、第一子量子阱层、第二子量子阱层、第三子量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间折射率系数梯度为：3.5≥j≥i≥h≥l≥g≥k≥1.5，所述n型半导体的折射率系数为g，第一子量子阱层的折射率系数为h，第二子量子阱层的折射率
系数为i，第三子量子阱层的折射率系数为j，电子阻挡层的折射率系数为k，p型半导体的折射率系数为l。
[0009]优选地，所述n型半导体层、第一子量子阱层、第二子量子阱层、第三子量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间禁带宽度系数梯度为：6.5eV≥y≥u≥z≥v≥w≥x≥0.5eV，所述n型半导体的禁带宽度为u，第一子量子阱层的禁带宽度为v，第二子量子阱层的禁带宽度为w，第三子量子阱层的禁带宽度为x，电子阻挡层的禁带宽度为y，p型半导体的禁带宽度为z。
[0010]优选地，所述第一子量子阱层的阱层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN的任意一种或任意组合，所述第一子量子阱层的阱层厚度为5～80埃米；所述第一子量子阱层的垒层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN、AlN的任意一种或任意组合，第一子量子阱层的垒层厚度为10～500埃米。
[0011]优选地，所述第二子量子阱层的阱层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN的任意一种或任意组合，所述第二子量子阱层的阱层厚度为5～100埃米；所述第二子量子阱层的垒层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN、AlN的任意一种或任意组合，所述第二子量子阱层的垒层厚度10～300埃米。
[0012]优选地，所述第三子量子阱层的阱层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN的任意一种或任意组合，所述第三子量子阱层的阱层厚度为5～100埃米；所述第三子量子阱层的垒层为InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN、AlN的任意一种或任意组合，所述第三子量子阱层的垒层厚度10～200埃米。
[0013]优选地，所述n型半导体、电子阻挡层和p型半导体包括GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP的任意一种或任意组合；所述n型半导体的厚度为50～8000nm；所述电子阻挡层的厚度为5～9000埃米；所述p型半导体的厚度为5～9000埃米。
[0014]优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、蓝宝石/SiO2复合衬底、蓝宝石/AlN复合衬底、蓝宝石/SiN
x
、镁铝尖晶石MgAl2O4、MgO、ZnO、ZrB2、LiAlO2和LiGaO2复合衬底的任意一种。
[0015]本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过设计半导体发光元件中n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间的介电常数梯度、折射率系数梯度和禁带宽度梯度，以提升光在半导体发光元件中的反射和折射，增大出射光的发光角，发光角由现有的80
°
至120
°
提升至120
°
至200
°
。同时，还能够改变光的出射路径，提升光提取效率，使光提取效率由现有的40％至60％提升至60％至95％。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0017]图1为本专利技术实施例一所述的半导体发光元件的结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例二所述的半导体发光元件的结构示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例二所述的半导体发光元件的SIMS二次离子质谱图；
[0020]图4为本专利技术实施例二所述的半导体发光元件的局部结构SIMS二次离子质谱图；
[0021]图5是本专利技术实施例二的半导体发光元件的第一子量子阱层透射电镜TEM图；
[0022]图6是本专利技术实施例二的半导体发光元件的第二子量子阱层透射电镜TE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光元件，其特征在于，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层，所述n型半导体层、量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间具有介电常数梯度、折射率系数梯度和禁带宽度梯度。2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱层包括第一子量子阱层、第二子量子阱层和第三子量子阱层，所述第一子量子阱层、第二子量子阱层和第三子量子阱层均为由阱层和垒层组成的周期结构，所述第一子量子阱层的周期数为m:30≥m≥1，第二子量子阱层的周期数为n:20≥n≥1,第三子量子阱层的周期数为r:20≥r≥5。3.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述n型半导体层、第一子量子阱层、第二子量子阱层、第三子量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间介电常数梯度为：12≥d≥c≥b≥f≥a≥e≥8，所述n型半导体的介电常数为a，第一子量子阱层的介电常数为b，第二子量子阱层的介电常数为c，第三子量子阱层的介电常数为d，电子阻挡层的介电常数为e，p型半导体的介电常数为f。4.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述n型半导体层、第一子量子阱层、第二子量子阱层、第三子量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间折射率系数梯度为：3.5≥j≥i≥h≥l≥g≥k≥1.5，所述n型半导体的折射率系数为g，第一子量子阱层的折射率系数为h，第二子量子阱层的折射率系数为i，第三子量子阱层的折射率系数为j，电子阻挡层的折射率系数为k，p型半导体的折射率系数为l。5.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述n型半导体层、第一子量子阱层、第二子量子阱层、第三子量子阱层、电子阻挡层和p型半导体层之间禁带宽度系数梯度为：6.5eV≥y≥u≥z≥v≥w≥x≥0.5eV，所述n型半导体的禁带宽度为u，第一子量子阱层的禁带宽度为v，第二子量子阱层的禁带宽度为w，第三子量子阱层的禁带宽度为x，电子阻挡层的禁带宽度为y，p型半导体的禁带宽度为z。6.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子量子阱层的阱层为InGaN、GaN、AlGaN、A...

【专利技术属性】
技术研发人员：李水清，请求不公布姓名，王星河，陈婉君，蔡鑫，张江勇，
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：