一种半导体发光元件的制作方法

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种半导体发光元件。

背景技术：

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；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。

技术实现思路

1、本发明提供了一种半导体发光元件，以解决现有半导体发光元件发光效率较低的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种半导体发光元件，包括从下至上依次层叠设置的衬底、n型半导体、电子减速层、量子阱和p型半导体；所述电子减速层为阱层和垒层组成的超晶格周期结构；其中，所述电子减速层的阱层的折射率系数大于等于所述电子减速层的垒层的折射率系数；所述电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于所述电子减速层的垒层的自发极化系数；所述电子减速层的阱层的压电极化系数大于等于所述电子减速层的垒层的压电极化系数。

3、本发明通过在n型半导体和量子阱之间设置电子减速层，并设计电子减速层的阱层在折射率系数、自发极化系数和压电极化系数高于电子减速层的垒层，从而降低注入至量子阱的电子速率，调控量子阱的电子空穴对称性并增强电子空穴波函数在量子阱的交叠机率，降低电子溢流至空穴的势能及非辐射复合，从而提高半导体发光元件的发光效率。

4、进一步地，所述电子减速层从下到上包括：第一电子减速层和第二电子减速层；所述第一电子减速层的阱层的折射率系数大于等于所述第一电子减速层的垒层的折射率系数；所述第二电子减速层的阱层的折射率系数大于等于所述第二电子减速层的垒层的折射率系数。

5、本发明通过设计双电子减速层，增加了调控电子速率的自由度，更加精确地实现对量子阱的电子空穴对称性并增强电子空穴波函数在量子阱的交叠机率，提高发光效率。

6、进一步地，所述第二电子减速层的阱层的折射率系数≥所述第一电子减速层的阱层的折射率系数≥所述第一电子减速层的垒层的折射率系数≥所述第二电子减速层的垒层的折射率系数。

7、本发明通过设计第一电子减速层、第二电子减速层的阱层折射率系数、垒层折射率系数之间的关系，从而使电子减速层成为梯度形的电子减速层，增大调控电子速率的自由度，更加精确有效地调控电子速率。

8、进一步地，所述第一电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于所述第一电子减速层的垒层的自发极化系数；所述第二电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于所述第二电子减速层的垒层的自发极化系数。

9、本发明通过设计第一电子减速层和第二电子减速层中阱层、垒层的自发极化系数，进一步调控超晶格的极化率和极化场强，通过极化场调控电子注入速率。

10、进一步地，所述第二电子减速层的阱层的自发极化系数≥所述第一电子减速层的阱层的自发极化系数≥所述第一电子减速层的垒层的自发极化系数≥所述第二电子减速层的垒层的自发极化系数。

11、本发明通过设计第一电子减速层、第二电子减速层的阱层自发极化系数、垒层自发极化系数之间的关系，从而使电子减速层成为梯度形的电子减速层，增大调控电子速率的自由度，更加精确有效地调控电子速率。

12、进一步地，所述第一电子减速层的阱层的压电极化系数小于等于所述第一电子减速层的垒层的压电极化系数；所述第二电子减速层的阱层的压电极化系数小于等于所述第二电子减速层的垒层的压电极化系数。

13、本发明通过设计第一电子减速层和第二电子减速层中阱层、垒层的压电极化系数，进一步调控超晶格的极化率和极化场强，通过极化场调控电子注入速率。

14、进一步地，所述第二电子减速层的阱层的压电极化系数≥所述第一电子减速层的阱层的压电极化系数≥所述第一电子减速层的垒层的压电极化系数≥所述第二电子减速层的垒层的压电极化系数。

15、本发明通过设计第一电子减速层、第二电子减速层的阱层压电极化系数、垒层压电极化系数之间的关系，从而使电子减速层成为梯度形的电子减速层，增大调控电子速率的自由度，更加精确有效地调控电子速率。

16、进一步地，所述电子减速层的阱层包括：ingan、gan、algan、alingan、alinn和inn中的一种或多种组合；所述电子减速层的垒层包括：ingan、gan、algan、alingan、alinn和aln中的一种或多种组合。

17、进一步地，所述电子减速层的阱层的厚度为0.5～10nm；所述电子减速层的垒层的厚度为0.5～50nm。

18、进一步地，所述量子阱为阱层和垒层组成的周期结构；所述量子阱的周期≥3；所述量子阱的阱层包括：ingan、gan、algan、alingan和alinn中的一种或多种组合；所述量子阱的垒层包括：ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的一种或多种组合；所述量子阱的阱层的厚度为0.5～10nm；所述量子阱的垒层的厚度为1～50nm。

技术特征：

1.一种半导体发光元件，包括从下至上依次层叠设置的衬底、n型半导体、电子减速层、量子阱和p型半导体，其特征在于，所述电子减速层为阱层和垒层组成的超晶格周期结构；其中，所述电子减速层的阱层的折射率系数大于等于所述电子减速层的垒层的折射率系数；所述电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于所述电子减速层的垒层的自发极化系数；所述电子减速层的阱层的压电极化系数大于等于所述电子减速层的垒层的压电极化系数。

2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电子减速层从下到上包括：第一电子减速层和第二电子减速层；所述第一电子减速层的阱层的折射率系数大于等于所述第一电子减速层的垒层的折射率系数；所述第二电子减速层的阱层的折射率系数大于等于所述第二电子减速层的垒层的折射率系数。

3.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二电子减速层的阱层的折射率系数≥所述第一电子减速层的阱层的折射率系数≥所述第一电子减速层的垒层的折射率系数≥所述第二电子减速层的垒层的折射率系数。

4.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于所述第一电子减速层的垒层的自发极化系数；所述第二电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于所述第二电子减速层的垒层的自发极化系数。

5.如权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二电子减速层的阱层的自发极化系数≥所述第一电子减速层的阱层的自发极化系数≥所述第一电子减速层的垒层的自发极化系数≥所述第二电子减速层的垒层的自发极化系数。

6.如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一电子减速层的阱层的压电极化系数小于等于所述第一电子减速层的垒层的压电极化系数；所述第二电子减速层的阱层的压电极化系数小于等于所述第二电子减速层的垒层的压电极化系数。

7.如权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二电子减速层的阱层的压电极化系数≥所述第一电子减速层的阱层的压电极化系数≥所述第一电子减速层的垒层的压电极化系数≥所述第二电子减速层的垒层的压电极化系数。

8.如权利要求1-7任意一项所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电子减速层的阱层包括：ingan、gan、algan、alingan、alinn和inn中的一种或多种组合；所述电子减速层的垒层包括：ingan、gan、algan、alingan、alinn和aln中的一种或多种组合。

9.如权利要求1-7任意一项所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电子减速层的阱层的厚度为0.5～10nm；所述电子减速层的垒层的厚度为0.5～50nm。

10.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱为阱层和垒层组成的周期结构；所述量子阱的周期≥3；所述量子阱的阱层包括：ingan、gan、algan、alingan和alinn中的一种或多种组合；所述量子阱的垒层包括：ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的一种或多种组合；所述量子阱的阱层的厚度为0.5～10nm；所述量子阱的垒层的厚度为1～50nm。

技术总结
本发明公开了一种半导体发光元件，该半导体发光元件包括：衬底、n型半导体、电子减速层、量子阱和p型半导体，电子减速层为阱层和垒层组成的超晶格周期结构；其中，电子减速层的阱层的折射率系数大于等于电子减速层的垒层的折射率系数；电子减速层的阱层的自发极化系数小于等于电子减速层的垒层的自发极化系数；电子减速层的阱层的压电极化系数大于等于电子减速层的垒层的压电极化系数。采用本发明实施例，通过在n型半导体和量子阱之间设置电子减速层，降低注入至量子阱的电子速率，调控量子阱的电子空穴对称性并增强电子空穴波函数在量子阱的交叠机率，降低电子溢流至空穴的势能及非辐射复合，从而提高半导体发光元件的发光效率。

技术研发人员：陈婉君,王星河,张江勇,蔡鑫,胡志勇,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：安徽格恩半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15