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、量子阱层和p型半导体，所述量子阱层为由阱层和垒层组成的周期结构，所述阱层的热膨胀系数小于或等于所述垒层的热膨胀系数，所述阱层的弹性系数小于或等于垒层的弹性系数，所述阱层的晶格常数大于或等于所述垒层的晶格常数。本实施例在传统的半导体发光元件基础上，对量子阱层的阱层和垒层的热膨胀系数、弹性系数以及晶格常数进行差异化设计，从而降低量子阱的热失配和晶格失配，提升量子阱的晶体质量和界面质量，抑制老化过程中晶体质量界面质量变差，降低老化过程中载流子被缺陷俘获几率，进而降低老化电阻变化，使老化电压变化从+/

【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、量子阱层和p型半导体，所述量子阱层为由阱层和垒层组成的周期结构，所述阱层的热膨胀系数小于或等于所述垒层的热膨胀系数，所述阱层的弹性系数小于或等于垒层的弹性系数，所述阱层的晶格常数大于或等于所述垒层的晶格常数。
[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的周期数为m:30≥m≥1，第二子量子阱的周期数为n:20≥n≥1,第三子量子阱的周期数为r:20≥r≥3。
[0007]优选地，第一子量子阱的阱层热膨胀系数a≤第一子量子阱的垒层热膨胀系数b，且2.5≤a≤b≤3.5(10
‑6/K)；
[0008]第二子量子阱的阱层热膨胀系数c≤第二子量子阱的垒层热膨胀系数d，且2.5≤c≤d≤3.5(10
‑6/K)；
[0009]第三子量子阱的阱层热膨胀系数e≤第三子量子阱的垒层热膨胀系数f，且2.5≤e≤f≤3.5(10
‑6/K)。
[0010]优选地，第三子量子阱的阱层热膨胀系数e≤第二子量子阱的阱层热膨胀系数c≤
第一子量子阱的阱层热膨胀系数a≤第一子量子阱的垒层热膨胀系数b≤第二子量子阱的垒层热膨胀系数d≤第三子量子阱的垒层热膨胀系数f。
[0011]优选地，第一子量子阱的阱层弹性系数g≤第一子量子阱的垒层弹性系数h，且200≤g≤h≤450GPa；
[0012]第二子量子阱的阱层弹性系数i≤第二子量子阱的垒层弹性系数j，且200≤i≤j≤450GPa；
[0013]第三子量子阱的阱层弹性系数k≤第三子量子阱的垒层弹性系数l，且200≤k≤l≤450GPa。
[0014]优选地，第三子量子阱的阱层弹性系数k≤第二子量子阱的阱层弹性系数i≤第一子量子阱的阱层弹性系数g≤第三子量子阱的垒层弹性系数l≤第二子量子阱的垒层弹性系数j≤第一子量子阱的垒层弹性系数h。
[0015]优选地，第一子量子阱的阱层晶格常数s≥第一子量子阱的垒层晶格常数t，且3.0≤t≤s≤3.8埃米；
[0016]第二子量子阱的阱层晶格常数u≥第二子量子阱的垒层晶格常数v，且3.0≤v≤u≤3.8埃米；
[0017]第三子量子阱的阱层晶格常数w≥第三子量子阱的垒层晶格常数x，且3.0≤x≤w≤3.8埃米。
[0018]优选地，第三子量子阱的垒层晶格常数x≤第二子量子阱的垒层晶格常数v≤第一子量子阱的垒层晶格常数t≤第一子量子阱的阱层晶格常数s≤第二子量子阱的阱层晶格常数u≤第三子量子阱的阱层晶格常数w。
[0019]优选地，所述第一子量子阱的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，阱层厚度为5埃米至200埃米；所述第一子量子阱的垒层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，垒层厚度为5埃米至600埃米；
[0020]所述第二子量子阱的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，阱层厚度为5埃米至100埃米；所述第二子量子阱的垒层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，垒层厚度5埃米至300埃米；
[0021]所述第三子量子阱的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，阱层厚度为5埃米至200埃米，发光波长为200nm至1800nm；所述第三子量子阱的垒层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlIn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，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体、量子阱层和p型半导体，其特征在于，所述量子阱层为由阱层和垒层组成的周期结构，所述阱层的热膨胀系数小于或等于所述垒层的热膨胀系数，所述阱层的弹性系数小于或等于垒层的弹性系数，所述阱层的晶格常数大于或等于所述垒层的晶格常数。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的周期数为m:30≥m≥1，第二子量子阱的周期数为n:20≥n≥1,第三子量子阱的周期数为r:20≥r≥3。3.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，第一子量子阱的阱层热膨胀系数a≤第一子量子阱的垒层热膨胀系数b，且2.5≤a≤b≤3.5(10
‑6/K)；第二子量子阱的阱层热膨胀系数c≤第二子量子阱的垒层热膨胀系数d，且2.5≤c≤d≤3.5(10
‑6/K)；第三子量子阱的阱层热膨胀系数e≤第三子量子阱的垒层热膨胀系数f，且2.5≤e≤f≤3.5(10
‑6/K)。4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，第三子量子阱的阱层热膨胀系数e≤第二子量子阱的阱层热膨胀系数c≤第一子量子阱的阱层热膨胀系数a≤第一子量子阱的垒层热膨胀系数b≤第二子量子阱的垒层热膨胀系数d≤第三子量子阱的垒层热膨胀系数f。5.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，第一子量子阱的阱层弹性系数g≤第一子量子阱的垒层弹性系数h，且200≤g≤h≤450GPa；第二子量子阱的阱层弹性系数i≤第二子量子阱的垒层弹性系数j，且200≤i≤j≤450GPa；第三子量子阱的阱层弹性系数k≤第三子量子阱的垒层弹性系数l，且200≤k≤l≤450GPa。6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，第三子量子阱的阱层弹性系数k≤第二子量子阱的阱层弹性系数i≤第一子量子阱的阱层弹性系数g≤第三子量子阱的垒层弹性系数l≤第二子量子阱的垒层弹性系数j≤第一子量子阱的垒层弹性系数h。7.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，第一子量子阱的阱层晶格常数s≥第一子量子阱的垒层晶格常数t，且3.0≤t≤s≤3.8埃米；第二子量子阱的阱层晶格常数u≥第二子量子阱的垒层晶格常数v，且3.0≤v≤u≤3.8埃米；第三子量子阱的阱层晶格常数w≥第三子量子阱的垒层晶格常数x，且3.0≤x≤w≤3.8埃米。8.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，第三子量子阱的垒层晶格常数x≤第二子量子阱的垒层晶格常数v≤第一子量子阱的垒层晶格常数t≤第一子量子阱的阱层晶格常数s≤第二子量子阱的阱层晶格常数u≤第三子量子阱的阱层晶格常数w。9.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子量子阱的阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlInGaN、AlN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、GaSb、InSb、InAs、AlGaSb、AlSb、InGaSb、AlGaAsSb、InGaAsSb、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，阱层厚度为5埃米至200埃米；所述第一子量子阱的垒
层为GaN、InGaN、InN、AlInN、Al...

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