一种III族氮化物半导体发光元件的制作方法

文档序号:39587883发布日期:2024-10-11 12:52阅读:43来源:国知局

本发明属于半导体,具体涉及一种iii族氮化物半导体发光元件。


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、户外显示屏、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、传统氮化物半导体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;

3、同时,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;

4、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,由于反射增加,部分光被反射回半导体内,可能导致多次反射和吸收,从而减少发光效率,并且导致较高的反射率,高折射率半导体材料容易形成光波导结构,光在波导中传播并受到反射限制,波导模式的存在会使部分光不能直接从发光区域射出,从而影响发光效率减少光从半导体材料中出射的效率。


技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单,设计合理的iii族氮化物半导体发光元件。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的:

3、一种iii族氮化物半导体发光元件,从下至上依次包括衬底、n型半导体,有源层和p型半导体,所述有源层为抑制电子溢流量子阱,所述抑制电子溢流量子阱为阱层和垒层组成的周期结构,所述抑制电子溢流量子阱包括第一抑制电子溢流量子阱和第二抑制电子溢流量子阱。

4、进一步地,所述第一抑制电子溢流量子阱的空穴迁移率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为β,所述第一抑制电子溢流量子阱的价带有效态密度的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为γ,所述第一抑制电子溢流量子阱的轻空穴有效质量的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为θ,所述第一抑制电子溢流量子阱的重空穴有效质量的峰值位置往n型半导体方向的上升角度为ψ,其中:ψ≤θ≤γ≤β。

5、进一步地,所述第二抑制电子溢流量子阱的空穴迁移率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为δ,所述第二抑制电子溢流量子阱的价带有效态密度的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ε,所述第二抑制电子溢流量子阱的轻空穴有效质量的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为η,所述第二抑制电子溢流量子阱的重空穴有效质量的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为μ,其中:μ≤η≤ε≤δ。

6、进一步地,所述第一抑制电子溢流量子阱和第二抑制电子溢流量子阱的空穴迁移率、价带有效态密度、饱和轻空穴有效质量、重空穴有效质量的谷值位置往n型半导体方向的上升角度具有如下关系:ψ≤μ≤θ≤η≤γ≤ε≤β≤δ。

7、进一步地,所述第一抑制电子溢流量子阱的阱层的空穴迁移率为a,所述第一抑制电子溢流量子阱的垒层的空穴迁移率为b,所述第二抑制电子溢流量子阱的阱层的空穴迁移率为c,所述第二抑制电子溢流量子阱的垒层的空穴迁移率为d,所述p型半导体的空穴迁移率为e,其中,5≤e≤b≤c≤a≤2000,单位为cm2/v/s;

8、所述第一抑制电子溢流量子阱的阱层的价带有效态密度为f,所述第一抑制电子溢流量子阱的垒层的价带有效态密度为g,所述第二抑制电子溢流量子阱的阱层的价带有效态密度为h,所述第二抑制电子溢流量子阱的垒层的价带有效态密度为i,所述p型半导体的价带有效态密度为j,其中,5*1018≤h≤f≤g≤i≤j≤5*1021,单位为cm-3。

9、进一步地,所述第一抑制电子溢流量子阱的阱层的轻空穴有效质量为k,所述第一抑制电子溢流量子阱的垒层的轻空穴有效质量为l,所述第二抑制电子溢流量子阱的阱层的轻空穴有效质量为m,所述第二抑制电子溢流量子阱的垒层的轻空穴有效质量为n,所述p型半导体的轻空穴有效质量为o,其中,0.2≤m≤k≤l≤n≤o≤20,单位为m0;

10、所述第一抑制电子溢流量子阱的阱层的重空穴有效质量为p,所述第一抑制电子溢流量子阱的垒层的重空穴有效质量为q,所述第二抑制电子溢流量子阱的阱层的重空穴有效质量为r,所述第二抑制电子溢流量子阱的垒层的重空穴有效质量为s,所述p型半导体的重空穴有效质量为t,其中,0.2≤r≤p≤q≤s≤t≤20,单位为m0。

11、进一步地,所述第一抑制电子溢流量子阱的空穴迁移率分布具有函数y=a1sin(b1x+c1)曲线分布,所述第二抑制电子溢流量子阱的空穴迁移率分布具有函数y=a2sin(b2x+c2)曲线分布,其中,a1≤a2;

12、所述第一抑制电子溢流量子阱的价带有效态密度分布具有函数y=d1cos(e1x+f1)曲线分布,所述第二抑制电子溢流量子阱的价带有效态密度分布具有函数y=d2cos(e2x+f2)曲线分布,其中,d1≤d2;

13、所述第一抑制电子溢流量子阱的轻空穴有效质量分布具有函数y=g1cos(h1x+j1)曲线分布,所述第二抑制电子溢流量子阱的轻空穴有效质量分布具有函数y=g2cos(h2x+j2)曲线分布,其中,g1≤g2;

14、所述第一抑制电子溢流量子阱的重空穴有效质量分布具有函数y=k1cos(m1x+n1)曲线分布,所述第二抑制电子溢流量子阱的重空穴有效质量分布具有函数y=k2cos(m2x+n2)曲线分布,其中,k1≤k2。

15、进一步地,所述第一抑制电子溢流量子阱和第二抑制电子溢流量子阱的空穴迁移率分布、价带有效态密度分布、轻空穴有效质量分布和重空穴有效质量分布具有如下关系:g1≤g2≤k1≤k2≤d1≤d2≤a1≤a2。

16、进一步地,所述抑制电子溢流量子阱的阱层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合,阱层厚度为5~200埃米;

17、所述抑制电子溢流量子阱的垒层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合,垒层厚度为10~400埃米。

18、进一步地,所述n型半导体、p型半导体均为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合;所述n型半导体的厚度为5~60000埃米;所述p型半导体的厚度为10~9000埃米;

19、所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、inas、gasb、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。

20、本发明的有益效果在于:本发明将有源层为抑制电子溢流量子阱,通过调控抑制电子溢流量子阱空穴迁移率和电子迁移率的平衡,增强量子阱中电子和空穴波函数的量子限制效应,提升量子阱中电子和空穴的辐射复合效率和速率,减少多余电子溢流效应,提升发光元件在大电流注入下的发光效率,降低大电流注入下的效率衰减和高温条件下的热衰减。

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