【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电，尤其是涉及一种具有空穴扩展层的半导体发光元件。
技术介绍
1、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，成为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。
2、传统半导体发光元件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，传统半导体发光元件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；半导体发光元件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
1、本专利技术旨在提供一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，以
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，包括由下至上设置的衬底、n型半导体、量子阱和p型半导体，在所述量子阱和p型半导体之间设置有空穴扩展层。
3、上述方案通过在量子阱与p型半导体之间设置空穴扩展层，以形成空穴横向和纵向扩展通道，加强空穴的二维和三维扩展输动，提升热态下空穴的扩展和注入效率，进而改善热态下辐射复合稳定性，有效提升半导体发光元件的热态/冷态效率。
4、进一步地，所述空穴扩展层为gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，其厚度为5埃米～800埃米。
5、进一步地，所述空穴扩展层的晶格常数分布具有函数y＝ax+a-x曲线分布，a＞0。设置该晶格常数分布可以在半导体元件中形成空穴横向和纵向扩展通道，加强空穴的二维和三维扩展输动，提升热态下空穴的扩展和注入效率，进而改善热态下辐射复合稳定性，有效提升半导体发光元件的热态/冷态效率。
6、进一步地，所述空穴扩展层的自发极化系数分布具有函数y＝bx+b-x曲线分布，b＞0。设置该自发极化系数分布可以加强空穴的二维和三维扩展输运，改善热态下辐射复合稳定性，从而进一步提升半导体发光元件的热态/冷态效率。
7、进一步地，所述空穴扩展层的折射率系数分布具有函数y＝cx+c-x曲线分布，c＞0。设置该折射率系数分布可以提升热态下空穴的扩展和注入效率，使半导体发光元件的热态/冷态效率进一步提升。
8、进一步地，所述空穴扩展层的晶格常数分布的参数、自发极化系数分布的参数、折射率系数分布的参数之间的关系具体为：a≤c≤b。
9、上述方案中，通过晶格常数分布的参数、自发极化系数分布的参数、折射率系数分布的参数之间的关系的设置，空穴横向和纵向扩展通道，加强空穴的二维和三维扩展输动，提升热态下空穴的扩展和注入效率，进而改善热态下辐射复合稳定性，使半导体发光元件的热态/冷态效率提升。
10、进一步地，所述空穴扩展层具备多元素掺杂；其中，al/mg元素比例分布具有函数y＝dx2+ex+f曲线分布，d＜0；al/si元素比例分布具有函数y＝gx2+hx+i曲线分布，g＜0；al/o元素比例分布具有函数y＝jx2+kx+l曲线分布，j＜0；al/h元素比例分布具有函数y＝mx2+nx+p曲线分布，m＜0。
11、进一步地，所述空穴扩展层的al/mg元素比例分布的参数、al/si元素比例分布的参数、al/o元素比例分布的参数和al/h元素比例分布的参数之间的关系具体为：g≤j≤m≤d＜0。
12、进一步地，所述空穴扩展层的al/mg元素比例分布的峰值位置往量子阱方向的下降角度设置为α；所述空穴扩展层的al/si元素比例分布的峰值位置往有源层方向的下降角度设置为β；所述空穴扩展层的al/h元素比例的峰值位置往有源层方向的下降角度为θ；其中，5°≤α≤θ≤β≤90°。
13、上述方案中，对空穴扩展层进行元素掺杂并设置al/mg元素比例分布、al/si元素比例分布、al/o元素比例分布和al/h元素比例分布的具体分布，可以进一步形成空穴横向和纵向扩展通道，加强空穴的二维和三维扩展输运，提升热态下空穴的扩展和注入效率，进而改善热态下辐射复合稳定性，使半导体发光元件的热态/冷态效率得到提升。
14、进一步地，所述量子阱为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为1～50；所述量子阱为gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合；所述量子阱的阱层厚度为5～200埃米，垒层厚度为10～500埃米。
15、进一步地，所述n型半导体为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，其厚度为50～90000埃米。所述p型半导体为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，其厚度为10～80000埃米。
16、进一步地，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/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。
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1.一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，包括由下至上设置的衬底、n型半导体、量子阱和p型半导体，其特征在于，在所述量子阱和p型半导体之间设置有空穴扩展层。
2.根据权利要求1所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlN、AlInGaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，其厚度为5埃米～800埃米。
3.根据权利要求1所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的晶格常数分布具有函数y＝ax+a-x曲线分布，a＞0。
4.根据权利要求2所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的自发极化系数分布具有函数y＝bx+b-x曲线分布，b＞0。
5.根据权利要求3所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的折射率系数分布具有函数y＝cx+
6.根据权利要求4所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的晶格常数分布的参数、自发极化系数分布的参数、折射率系数分布的参数之间的关系具体为：a≤c≤b。
7.根据权利要求2所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层具备多元素掺杂；其中，Al/Mg元素比例分布具有函数y＝dx2+ex+f曲线分布，d＜0；Al/Si元素比例分布具有函数y＝gx2+hx+i曲线分布，g＜0；Al/O元素比例分布具有函数y＝jx2+kx+l曲线分布，j＜0；Al/H元素比例分布具有函数y＝mx2+nx+p曲线分布，m＜0。
8.根据权利要求7所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的Al/Mg元素比例分布的参数、Al/Si元素比例分布的参数、Al/O元素比例分布的参数和Al/H元素比例分布的参数之间的关系具体为：g≤j≤m≤d＜0。
9.根据权利要求7所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的Al/Mg元素比例分布的峰值位置往量子阱方向的下降角度设置为α；所述空穴扩展层的Al/Si元素比例分布的峰值位置往有源层方向的下降角度设置为β；所述空穴扩展层的Al/H元素比例的峰值位置往有源层方向的下降角度为θ；其中，5°≤α≤θ≤β≤90°。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为1～50；所述量子阱为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlN、AlInGaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合；所述量子阱的阱层厚度为5～200埃米，垒层厚度为10～500埃米。
...【技术特征摘要】
1.一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，包括由下至上设置的衬底、n型半导体、量子阱和p型半导体，其特征在于，在所述量子阱和p型半导体之间设置有空穴扩展层。
2.根据权利要求1所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层为gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，其厚度为5埃米～800埃米。
3.根据权利要求1所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的晶格常数分布具有函数y＝ax+a-x曲线分布，a＞0。
4.根据权利要求2所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的自发极化系数分布具有函数y＝bx+b-x曲线分布，b＞0。
5.根据权利要求3所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的折射率系数分布具有函数y＝cx+c-x曲线分布，c＞0。
6.根据权利要求4所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层的晶格常数分布的参数、自发极化系数分布的参数、折射率系数分布的参数之间的关系具体为：a≤c≤b。
7.根据权利要求2所述的一种具有空穴扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述空穴扩展层具备多元素掺杂；其中，al/mg元素...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，陈婉君，李水清，蓝家彬，李晓琴，张会康，黄军，
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：
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