一种半导体外延结构及其发光器件制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体发光器件的外延结构，包括电子注入区、空穴注入区、多量子阱有源区、阻挡载流子的势垒层以及一个或多个带边整形层。该带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，可通过调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整半导体能带的带边形状，使多量子阱有源区中的载流子分布均匀，总体俄歇复合降低，以及提升阻挡载流子的势垒层的有效势垒高度，减小载流子溢出多量子阱有源区形成的漏电流，从而提高内量子效率。本发明专利技术还公开了应用该外延结构的半导体发光器件，同样利用局域内建电场对能带结构带边形状的修整，产生俄歇复合降低和/或漏电流减小的效果，从而提高器件的内量子效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光器件的
，特别涉及一种利用局域内建电场修整能带结构以提高内量子效率的外延结构，本专利技术还涉及应用该外延结构的半导体发光器件。
技术介绍
通常，半导体发光器件(semiconductor light emitting device),包括半导体激光器(semiconductor laser diode,其缩写为LD)以及半导体发光二极管(semiconductorlightemitting diode,其缩写为 LED)。所述载流子注入区(carrier injection region),包括电子注入区(electron injection region)和空穴注入区(hole injection region)。多量子讲有源区(mult1-quantum well active region)是由量子讲层(quantum well)和垒层(barrier)交替叠成的周期性结构，在量子阱层中电子空穴复合产生光子。阻挡载流子的势垒层位于多量子阱有源区和载流子注入区之间，使得该位置处的导带或价带具有较 高势能。研究表明，半导体发光器件的内量子效率与如下所述几种机理有密切的关系俄歇复合(Auger recombination)、载流子泄漏(carriers leakage)、多量子讲有源区中载流子分布不均勻(nonuniform distribution of carriers)、极化效应(effect ofthe polarization field)、结热(junction heating)、空穴传输受限(limited holetransport)等。但是,具体是哪种影响占优势没有定论。根据以上机理，提高半导体发光器件的内量子效率的方法主要有减小载流子的泄漏，提高多量子阱有源区中载流子分布的均匀性，降低俄歇复合等。研究人员也提出了很多的改善办法，例如使用与氮化镓(GaN)晶格匹配的宽带隙材料AlInN薄层做垒层；在多量子讲有源区与电子阻挡层(electron blocking layer, EBL)之间插入一层p-1nGaN做空穴存储层，提高空穴的注入效率；使用宽带隙材料AlInN代替AlGaN作电子阻挡层；使用InGaN或者GaN-1nGaN-GaN或者InGaN-AlGaN-1nGaN材料代替GaN材料做垒层，等等。以上改善半导体发光器件内量子效率的方法，通常是就特定器件或者结构而言，应用具有很大的局限性；且一些方法还存在很多的问题亟待解决，例如利用宽带隙材料AlInN薄层做多量子阱有源区的垒层，受当前外延生长水平的影响晶体质量不高，限制了器件光电性能的改善。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种提高半导体发光器件内量子效率的外延结构，通过在外延结构的特定位置引入带边整形层，利用其产生的局域内建电场，修整外延结构的半导体能带的带边形状，提高器件的内量子效率。本专利技术的目的之二在于提供一种内量子效率提高了的半导体发光器件，通过在半导体发光器件外延结构的特定位置引入带边整形层，利用其产生的局域内建电场，修整能带结构的带边形状，提高器件的内量子效率。为实现本专利技术的目的之一所采用的技术方案一种半导体发光器件的外延结构，包括电子注入区、多量子阱有源区和空穴注入区，还包括一个或多个带边整形层；该带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，所述掺杂类型为非掺杂、P型掺杂或N型掺杂；所述带边整形层通过调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整外延结构的半导体能带的带边形状；所述带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间，以调节多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，使多量子阱有源区内的量子阱层中的载流子浓度分布变得均匀，总体俄歇复合降低；或，还包括阻挡载流子的势垒层，该势垒层与所述带边整形层共同位于空穴注入区和多量子阱有源区之间；该势垒层的一侧或两侧设有带边整形层时，该带边整形层使该势垒层的有效势垒高度升高，载流子泄漏减小；或，所述带边整形层位于多量子阱有源区内的垒层中；或，所述带边整形层位于电子注入区内或空穴注入区内。本专利技术的有益效果在于在半导体发光器件外延结构的特定位置引入带边整形层，利用带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，而形成的局域内建电场修整邻近能带结构的带边形状，使能带结构发生弯曲，降低靠近电子注入区一侧多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，改善载流子的注入，使得多量子阱有源区内的量子阱层中的载流子分布均匀，总体俄歇复合降低；也可以提升阻挡载流子的势垒层的有效势垒高度，减小载流子的泄漏。根据研究表明，在不同位置引入带边整形层有不同的作用机理，但都是基于利用局域内建电场修整外延结构半导体能带的带边形状的原理，提高器件的内量子效率。带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，可为非掺杂、P型掺杂或N型掺杂，通过 调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整半导体能带的带边形状。优选的，所述带边整形层通过调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整外延结构的半导体能带的带边形状。该带边整形层调节多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，使多量子阱有源区内的量子阱层中的载流子浓度分布变得均匀，总体俄歇复合降低。当带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间时，通过调整该带边整形层的掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场，修整邻近能带结构的带边形状发生弯曲，降低靠近电子注入区一侧多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，改善载流子的注入，使得载流子在多量子阱有源区的量子阱中的分布更均匀，从而降低总体俄歇复合。优选的，当该带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间时，该带边整形层使多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级降低；距离带边整形层越远的量子阱，其电子基态能级相对准费米能级降低的程度越小。优选的，所述带边整形层为多个时，同时位于多量子阱有源区的两侧，具体为 位于电子注入区和多量子阱有源区之间，以及与阻挡载流子的势垒层共同位于多量子阱有源区和空穴注入区之间。优选的，所述带边整形层为多个时，共同位于多量子阱有源区的同一侧，具体为位于多量子阱有源区和空穴注入区之间，各带边整形层的掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度不同。优选的，所述带边整形层为多个时，共同位于多量子阱有源区的同一侧，具体为 位于多量子阱有源区和空穴注入区之间，各带边整形层的掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度不同；还包括阻挡载流子的势垒层，位于载流子注入区和多量子阱有源区之间。在上述优选方案中，当多量子阱有源区和空穴注入区之间具有带边整形层时，同时存在阻挡载流子的势垒层，该势垒层也位于多量子阱有源区和空穴注入区之间。优选的，当该带边整形层与阻挡载流子的势垒层共同位于多量子阱有源区和空穴注入区之间时，通过调整该带边整形层的掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场，修整阻挡载流子的势垒层处能带结构的带边形状，改变局部导带相对准费米能级的位置，提升阻挡载流子的势垒层的有效势垒高度，减少电子泄漏。优选的，当采用P型掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光器件的外延结构，其特征在于：包括电子注入区、多量子阱有源区和空穴注入区，还包括一个或多个带边整形层；该带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，所述掺杂类型为非掺杂、P型掺杂或N型掺杂；所述带边整形层通过调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整外延结构的半导体能带的带边形状；所述带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间，以调节多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，使多量子阱有源区内的量子阱层中的载流子浓度分布变得均匀，总体俄歇复合降低；或，还包括阻挡载流子的势垒层，该势垒层与所述带边整形层共同位于空穴注入区和多量子阱有源区之间；该势垒层的一侧或两侧设有带边整形层时，该带边整形层使该势垒层的有效势垒高度升高，载流子泄漏减小；或，所述带边整形层位于多量子阱有源区内的垒层中；或，所述带边整形层位于电子注入区内或空穴注入区内。

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光器件的外延结构，其特征在于包括电子注入区、多量子阱有源区和空穴注入区，还包括一个或多个带边整形层； 该带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，所述掺杂类型为非掺杂、P型掺杂或N型掺杂； 所述带边整形层通过调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整外延结构的半导体能带的带边形状； 所述带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间，以调节多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，使多量子阱有源区内的量子阱层中的载流子浓度分布变得均匀，总体俄歇复合降低； 或，还包括阻挡载流子的势垒层，该势垒层与所述带边整形层共同位于空穴注入区和多量子阱有源区之间；该势垒层的一侧或两侧设有带边整形层时，该带边整形层使该势垒层的有效势垒高度升高，载流子泄漏减小； 或，所述带边整形层位于多量子阱有源区内的垒层中； 或，所述带边整形层位于电子注入区内或空穴注入区内。2.按照权利要求1所述的外延结构，其特征在于当该带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间时，该带边整形层使多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级降低；距离带边整形层越远的量子阱，其电子基态能级相对准费米能级降低的程度越小。3.按照权利要求1至2任一项所述的外延结构，其特征在于所述带边整形层为多个时，同时位于多量子阱有源区的两侧，具体为位于电子注入区和多量子阱有源区之间，以及与阻挡载流子的势垒层共同位于多量子阱有源区和空穴注入区之间。4.根据权利要求1至2任一项所述的外延结构，其特征在于所述带边整形层为多个时，共同位于多量子阱有源区的同一侧，具体为位于多量子阱有源区和空穴注...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅霆，王乃印，李浩，万磊，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：