一种半导体发光元件制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体发光元件，该半导体发元件包括从下到上依次层叠设置的衬底、第一n型半导体、第二n型半导体、第一调控层、第一量子阱、第二调控层、第二量子阱、第三量子阱、第三调控层、电子阻挡层、第四调控层和p型半导体；其中，第一调控层、第二调控层、第三调控层和第四调控层共同构成热态冷态效率比例调控层。采用本发明专利技术实施例，实现对半导体发光元件在热态和冷态下的发光效率的调节，提升热态下的辐射复合，从而提升半导体发光元件的发光效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体发光元件


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，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
‑
LED、Micro
‑
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。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。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种半导体发光元件，以解决半导体发光元件发光效率较低的技术问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种半导体发光元件，包括从下到上依次层叠设置的衬底、第一n型半导体、第二n型半导体、第一量子阱、第二量子阱、第三量子阱、电子阻挡层和p型半导体，还包括：第一调控层、第二调控层、第三调控层和第四调控层；
[0005]其中，所述第一调控层设置在所述第二n型半导体与第一量子阱之间；
[0006]所述第二调控层设置在所述第一量子阱和所述第二量子阱之间；
[0007]所述第三调控层设置在所述第三量子阱和所述电子阻挡层之间；
[0008]所述第四调控层设置在所述电子阻挡层和所述p型半导体之间；
[0009]所述第一调控层、所述第二调控层、所述第三调控层和所述第四调控层共同构成热态冷态效率比例调控层。
[0010]本专利技术通过在第二n型半导体与第一量子阱之间、第一量子阱和第二量子阱之间、第三量子阱和电子阻挡层之间以及电子阻挡层与p型半导体之间设置调控层，从而实现对半导体发光元件在热态和冷态下的发光效率的调节，提升热态下的辐射复合，从而提升半导体发光元件的发光效率。
[0011]进一步地，所述第一调控层的Si掺杂浓度沿所述第一量子阱向所述第二n型半导体方向按第一下降角度下降；所述第二调控层的Si掺杂浓度沿所述第二量子阱向所述第一量子阱方向按第二下降角度下降。
[0012]本专利技术通过设计第一调控层的Si掺杂浓度变化趋势，调控热态下半导体发光元件的电子注入浓度和速率，并提升热态下第二量子阱和第三量子阱的电子和空穴波函数的交叠几率，提升热态下的辐射复合；还通过设计第二调控层的Si掺杂浓度调控热态条件下的
第一量子阱和第二量子阱的缺陷诱导SRH非辐射复合。
[0013]进一步地，所述第三调控层的Mg掺杂浓度沿所述电子阻挡层向所述第三量子阱方向按第三下降角度下降；所述第三调控层的Al组分沿所述电子阻挡层向所述第三量子阱方向按第四下降角度下降；所述第三调控层的In组分沿所述第三量子阱向所述电子阻挡层方向按第五下降角度下降。
[0014]本专利技术通过设计第三调控层的Mg掺杂浓度、Al组分和In组分的变化趋势，调控在热态下半导体发光元件的热载流子发射、空穴溢流和俄歇电子发射，减少热态条件下的空穴溢流和俄歇非辐射复合，提升热态条件下的辐射复合效率。
[0015]进一步地，所述第四调控层的Al组分沿所述电子阻挡层向所述p型半导体方向按第六下降角度下降；所述第四调控层的Mg掺杂浓度保持在10
19
～5
×
10
19
cm
‑3。
[0016]本专利技术通过设计第四调控层的Al组分的变化趋势和Mg掺杂浓度，调控热态条件下半导体发光元件中的空穴从p型半导体往电子阻挡层的注入效率，降低空穴注入带阶，提升空穴注入效率，从而提升第二量子阱和三量子阱的电子空穴波函数交叠几率，提升热态条件下的辐射复合效率。
[0017]进一步地，所述第二量子阱的Si掺杂浓度沿所述第二调控层向所述第三量子阱方向按第七下降角度下降；所述第一量子阱的In组分≤所述第二量子阱的In组分≤所述第三量子阱的In组分。
[0018]本专利技术通过设计第二量子阱的Si掺杂浓度的变化趋势，以及第一量子阱、第二量子阱和第三量子阱的In组分关系，进一步实现热态冷态效率调控，调控热态下电子与空穴注入效率和速率，提升第三量子阱的量子限域效应，提升热态下辐射复合效率。
[0019]进一步地，所述第一下降角度≤所述第二下降角度≤所述第七下降角度≤所述第六下降角度≤所述第四下降角度≤所述第三下降角度≤所述第五下降角度。
[0020]本专利技术通过对热态冷态效率比例调控层中Si掺杂浓度、Mg掺杂浓度、Al组分和In组分以及第二量子阱中的Si掺杂浓度的下降角度进行设计，进一步精确调控热态冷态效率比例。
[0021]进一步地，所述第一量子阱的In/Al元素比例≤所述第二量子阱的In/Al元素比例≤所述第三量子阱的In/Al元素比例。
[0022]本专利技术通过对第一量子阱、第二量子阱和第三量子阱的In/Al元素比例的关系进行设计，进一步调控热载流子发射、空穴溢流和俄歇电子发射，减少热态条件下的空穴溢流和俄歇非辐射复合，提升热态条件下的辐射复合效率。
[0023]进一步地，所述第一量子阱、所述第二量子阱和所述第三量子阱均为阱层和垒层组成的周期结构；
[0024]所述第一量子阱的阱层为InGaN，所述第一量子阱的垒层包括GaN、AlGaN和AlInGaN中的一种或多种组合，所述第一量子阱的阱层厚度为1～4nm，所述第一量子阱的垒层厚度为1～40nm，所述第一量子阱的周期数为3～15；
[0025]所述第二量子阱的阱层为InGaN，所述第二量子阱的垒层包括GaN、AlGaN和AlInGaN中的一种或多种组合，所述第二量子阱的阱层厚度为1～6nm，所述第二量子阱的垒层厚度为1～15nm，所述第二量子阱的周期数为3～15；
[0026]所述第三量子阱的阱层为InGaN，所述第三量子阱的垒层包括GaN、AlGaN和
AlInGaN中的一种或多种组合，所述第三量子阱的阱层厚度为1～6nm，所述第三量子阱的垒层厚度为1～15nm，所述第三量子阱的周期数为3～15，所述第三量子阱的Mg掺杂浓度沿所述第二量子阱向所述第三调控层方向从10
15
～5
×
10
17
cm
‑3上升至10
19
～10
21
cm
‑3。
[0027]进一步地，所述第一调控层包括GaN和InGaN中的一种或多种组合，所述第一调控层的厚度为0.5～50nm；所述第二调控层包括GaN和InGaN中的一种或多种组合，所述第二调控层的厚度为1～30nm，所述第二调控层的In组分为正弦波分布。
[0028]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光元件，包括从下到上依次层叠设置的衬底、第一n型半导体、第二n型半导体、第一量子阱、第二量子阱、第三量子阱、电子阻挡层和p型半导体，其特征在于，还包括：第一调控层、第二调控层、第三调控层和第四调控层；其中，所述第一调控层设置在所述第二n型半导体与第一量子阱之间；所述第二调控层设置在所述第一量子阱和所述第二量子阱之间；所述第三调控层设置在所述第三量子阱和所述电子阻挡层之间；所述第四调控层设置在所述电子阻挡层和所述p型半导体之间；所述第一调控层、所述第二调控层、所述第三调控层和所述第四调控层共同构成热态冷态效率比例调控层。2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一调控层的Si掺杂浓度沿所述第一量子阱向所述第二n型半导体方向按第一下降角度下降；所述第二调控层的Si掺杂浓度沿所述第二量子阱向所述第一量子阱方向按第二下降角度下降。3.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第三调控层的Mg掺杂浓度沿所述电子阻挡层向所述第三量子阱方向按第三下降角度下降；所述第三调控层的Al组分沿所述电子阻挡层向所述第三量子阱方向按第四下降角度下降；所述第三调控层的In组分沿所述第三量子阱向所述电子阻挡层方向按第五下降角度下降。4.如权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第四调控层的Al组分沿所述电子阻挡层向所述p型半导体方向按第六下降角度下降；所述第四调控层的Mg掺杂浓度保持在10
19
～5
×
10
19
cm
‑3。5.如权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二量子阱的Si掺杂浓度沿所述第二调控层向所述第三量子阱方向按第七下降角度下降；所述第一量子阱的In组分≤所述第二量子阱的In组分≤所述第三量子阱的In组分。6.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一下降角度≤所述第二下降角度≤所述第七下降角度≤所述第六下降角度≤所述第四下降角度≤所述第三下降角度≤所述第五下降角度。7.如权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一量子阱的In/Al元素比例≤所述第二量子阱的In/...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡鑫，王星河，刘紫涵，张江勇，陈婉君，张会康，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：