一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件的制作方法

本发明涉及发光元件技术领域，特别是涉及一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件。

背景技术：

发光二极管(lightemittingdiode，led)广泛应用在仪表指示灯、大尺寸led背光源、电子广告牌以及各种照明设备中。

目前，发光二极管一般包括衬底层、缓冲层、n型半导体层、多量子阱发光层、p型半导体层。其中，n型半导体层用于提供电子；p型半导体层用于提供空穴，当有电流通过时，n型半导体层提供的电子和p型半导体层提供的空穴进入多量子阱发光层复合发光。

但是，目前发光二极管中的缓冲层不能有效的对缺陷起到有效的阻挡作用，使得缺陷会延伸到n型半导体层、多量子阱发光层和p型半导体层，严重影响发光二极管的发光质量；并且由于电子的移动能力远远高于空穴，因此在多量子阱发光层中的电子浓度远远高于空穴的浓度，影响发光二极管的发光效率。

技术实现要素：

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件。

具体地，本发明一个实施例提出的一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件，包括：

衬底层；

缓冲层，位于所述衬底层上，其中，所述缓冲层包括第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层，所述第一缓冲层、所述第二缓冲层和所述第三缓冲层依次层叠于所述衬底层上；

非故意掺杂氮化镓层，位于所述缓冲层上；

超晶格层，位于所述非故意掺杂氮化镓层上；

n型半导体层，位于所述超晶格层上；

n型掺杂层，位于所述n型半导体层上；

量子阱发光层，位于所述n型掺杂层上；

电子阻挡层，位于所述量子阱发光层上；

辅助功能层，位于所述电子阻挡层上，所述辅助功能层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的第一p型掺杂层、第二p型掺杂层和第三p型掺杂层，其中，所述第一p型掺杂层、所述第二p型掺杂层和所述第三p型掺杂层的厚度依次增加；

p型掺杂层，位于所述辅助功能层上；

p型半导体层，位于所述p型掺杂层上。

在本发明的一个实施例中，所述第一缓冲层和所述第三缓冲层均为gan缓冲层，所述第二缓冲层为aln缓冲层。

在本发明的一个实施例中，所述第一缓冲层的厚度大于所述第二缓冲层的厚度，所述第二缓冲层的厚度大于所述第三缓冲层的厚度。

在本发明的一个实施例中，所述超晶格层为氮化铝镓超晶格层。

在本发明的一个实施例中，所述第一p型掺杂层为p型ingan层。

在本发明的一个实施例中，所述第一p型掺杂层的掺杂元素为mg，所述第一p型掺杂层的掺杂浓度为10¹⁸-3×10¹⁸cm-³。

在本发明的一个实施例中，所述第二p型掺杂层为p型ingap层。

在本发明的一个实施例中，所述第二p型掺杂层的掺杂元素为mg，所述第二p型掺杂层的掺杂浓度为10¹⁷-3×10¹⁷cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述第三p型掺杂层为p型algaas层。

在本发明的一个实施例中，所述第三p型掺杂层的掺杂元素为mg，所述第三p型掺杂层的掺杂浓度为10¹⁶-3×10¹⁶cm^-3。

本发明实施例，具备如下优点：

本发明通过在衬底层上生长三层缓冲层，从而能够大幅度提高缓冲层的阻挡能力，能够最大限度的阻挡缺陷进入到n型半导体层、多量子阱发光层和p型半导体层中，从而提高发光二极管的发光质量。并且通过设置辅助功能层，能够改善空穴迁移至量子阱发光层的空穴浓度，从改善发光二极管的发光效率。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件的结构示意图。本发明的实施例提供一种能够改善发光质量和发光效率的半导体发光元件，该半导体发光元件包括：

衬底层11；

具体地，衬底层11的材料可以为蓝宝石、硅、碳化硅、氧化锌、氮化镓、氮化铝或者其它适于晶体外延生长的材料。

缓冲层12，位于衬底层11上，其中，缓冲层12包括第一缓冲层121、第二缓冲层122和第三缓冲层123，第一缓冲层121、第二缓冲层122和第三缓冲层123依次层叠于衬底层11上。

进一步地，第一缓冲层121和第三缓冲层123均为gan缓冲层，第二缓冲层122为aln缓冲层。

进一步地，第一缓冲层121的厚度大于第二缓冲层122的厚度，第二缓冲层122的厚度大于第三缓冲层123的厚度。

本发明实施例通过在衬底层上生长三层缓冲层，且将第一缓冲层和第三缓冲层的材料设置为gan，第二缓冲层的材料设置为aln，并且将第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层的厚度设置成依次递减，从而能够大幅提高缓冲层的整体的晶体质量，减少缺陷的产生，减少缺陷进入至n型半导体层、量子阱发光层和p型半导体层，从而提高发光二极管的发光质量。在衬底层和n型掺杂层之间形成本实施例的缓冲层，能够进一步改善衬底层与n型掺杂层之间的晶格常数不匹配的问题。

非故意掺杂氮化镓层13，位于缓冲层12上；

进一步地，非故意掺杂氮化镓层13的厚度为50-100nm。

超晶格层14，位于非故意掺杂氮化镓层13上；

进一步地，超晶格层14为氮化铝镓超晶格层。

进一步地，超晶格层14的厚度为50-100nm。

本发明实施例通过加入非故意掺杂氮化镓层13和超晶格层14，可以调节因为晶格失配给发光二极管带来的应力，并且可以降低n型半导体层15和量子阱发光层17中的位错密度，从而提高发光二极管的发光质量。

n型半导体层15，位于超晶格层14上；

进一步地，n型半导体层15为n型algan层，且n型半导体层15的掺杂元素为si，n型半导体层15的掺杂浓度可以为10¹⁷-10¹⁹cm^-3。

进一步地，n型半导体层15具有一平台，第一电极24形成于n型半导体层15的平台上。

n型掺杂层16，位于n型半导体层15上；

进一步地，n型掺杂层16为n-gan层，且n型掺杂层16的掺杂元素为si；

进一步地，n型掺杂层16的掺杂浓度低于n型半导体层15的掺杂浓度，n型掺杂层16的掺杂浓度为n型半导体层15的掺杂浓度的1/6-1/4；

通过在n型半导体层15上生长一层n型掺杂层16，且n型掺杂层16的掺杂浓度低于n型半导体层15的掺杂浓度，从而能够有效的降低led器件的电压、提高led器件抗静电特性，从而提高led器件的发光效率。

优选地，n型掺杂层16的厚度为200-400nm。

量子阱发光层17，位于n型掺杂层16上；

进一步地，量子阱发光层17为掺铟的氮化镓层；

电子阻挡层18，位于量子阱发光层17上；

进一步地，电子阻挡层18的材料为alxinyga1-x-yn，其中，0<x≤0.4，0<y≤0.2。

进一步地，电子阻挡层18的厚度为100-200nm。

本发明实施例通过在p型掺杂层20与量子阱发光层17之间设置电子阻挡层18，电子阻挡层18的材料为alx1inyga1-x1-yn，由于铝的势垒较高，从而可以使得电子阻挡层18有效地阻止n型半导体层15产生的电子进入到p型半导体层21中，从而避免了电子与空穴在p型半导体层21中发生非辐射复合，从而避免了因电子的跃迁导致的空穴浓度的降低，改善了发光二极管的发光效率。

辅助功能层19，位于电子阻挡层18上，所述辅助功能层19包括依次层叠于所述电子阻挡层18上的第一p型掺杂层191、第二p型掺杂层192和第三p型掺杂层193，其中，所述第一p型掺杂层191、所述第二p型掺杂层192和所述第三p型掺杂层193的厚度依次增加；

进一步地，第一p型掺杂层191为p型ingan层。

进一步地，第一p型掺杂层191的掺杂元素为mg，第一p型掺杂层191的掺杂浓度为10¹⁸-3×10¹⁸cm-³。

进一步地，第一p型掺杂层191的厚度为20-60nm。

进一步地，第二p型掺杂层192为p型ingap层。

进一步地，第二p型掺杂层192的掺杂元素为mg，第二p型掺杂层192的掺杂浓度为10¹⁷-3×10¹⁷cm^-3。

进一步地，第二p型掺杂层192的厚度为60-100nm。

进一步地，第三p型掺杂层193为p型algaas层。

进一步地，第三p型掺杂层193的掺杂元素为mg，第三p型掺杂层193的掺杂浓度为10¹⁶-3×10¹⁶cm^-3。

进一步地，第三p型掺杂层193的厚度为100-200nm。

本发明实施例通过在电子阻挡层18和p型半导体层21之间设置辅助功能层19，且第一p型掺杂层191、第二p型掺杂层192和第三p型掺杂层193的厚度依次增加，能够提高p型半导体层21产生的空穴注入量子阱发光层17中的能力；并且第一p型掺杂层191为p型ingan层、第二p型掺杂层192为p型ingap层和第三p型掺杂层193为p型algaas层，使得在形成辅助功能层19过程中处于富in的环境中，从而可以降低辅助功能层19中mg的激活能，从而进一步提高量子阱发光层17中空穴和电子的辐射复合效率，进一步提高发光二极管的发光效率；并且第三p型掺杂层193中的铝的势垒较高，从而可以配合进一步阻挡电子跃迁至量子阱发光层17中，影响发光二极管的发光效率，第一p型掺杂层191和第二p型掺杂层192中的in的势垒较低，从而可以降低电子阻挡层18的势垒，避免电子阻挡层18影响到p型半导体层21提供的空穴注入量子阱发光层17中与电子进行辐射复合发光，影响发光二极管的发光效率。

p型掺杂层20，位于辅助功能层19上；

进一步地，p型掺杂层20为p型algan层，p型掺杂层20的掺杂元素为mg；

进一步地，p型掺杂层20的掺杂浓度高于p型半导体层21的掺杂浓度，p型半导体层21的掺杂浓度为p型掺杂层20的掺杂浓度的1/5-1/3；

由于电子的移动能力远远高于空穴，因此n型半导体层21产生的电子可以快速进入量子阱发光层17，通过增加p型掺杂层20，且将p型掺杂层20的掺杂浓度设置为高于p型半导体层21的掺杂浓度，可以提高p型半导体层21产生的空穴注入量子阱发光层17中的能力，从而避免量子阱发光层17的电子过多，影响发光效率和发光质量，并且通过电子阻挡层18的配合可以降低多于的电子从量子阱发光层17中跃迁至p型半导体层15中，影响发光质量。

p型半导体层21，位于所述p型掺杂层20上。

进一步地，p型半导体层21为p-gan层，且p型半导体层21的掺杂元素为mg，p型半导体层21的掺杂浓度为10¹⁶-5×10¹⁶cm^-3。

在p型半导体层21上还生长有一层透明导电层22，在透明导电层22上还生长有一层第二电极23。于n型半导体层21暴露出的平台上形成第一电极23，于p型半导体层21上形成第二电极23，第一电极24和第二电极23的材料可以为钛、铝、钛或金，当通过第一电极24和第二电极23向量子阱发光层17注入电流时，来自n型半导体层15的电子与来自于p型半导体层21的空穴会在量子阱发光层17内结合，以使量子阱发光层17产生光。

本发明通过在衬底层上生长三层缓冲层，从而能够大幅度提高缓冲层的阻挡能力，能够最大限度的阻挡缺陷进入到n型半导体层、多量子阱发光层和p型半导体层中，从而提高发光二极管的发光质量。并且通过设置辅助功能层，能够改善空穴迁移至量子阱发光层的空穴浓度，从改善发光二极管的发光效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。