本發(fā)明屬于半導體光電器件，具體涉及一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、半導體元件特別是半導體發(fā)光元件具有可調(diào)范圍廣泛的波長范圍，發(fā)光效率高，節(jié)能環(huán)保，可使用超過10萬小時的長壽命、尺寸小、應用場景多、可設計性強等因素，已逐漸取代白熾燈和熒光燈，成為普通家庭照明的光源，并廣泛應用新的場景，如戶內(nèi)高分辨率顯示屏、戶外顯示屏、mini-led、micro-led、手機電視背光、背光照明、路燈、汽車大燈、車日行燈、車內(nèi)氛圍燈、手電筒等應用領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)氮化物半導體使用藍寶石襯底生長，晶格失配和熱失配大，導致較高的缺陷密度和極化效應，降低半導體發(fā)光元件的發(fā)光效率；同時，傳統(tǒng)氮化物半導體的空穴離化效率遠低于電子離化效率，導致空穴濃度低于電子濃度1個數(shù)量級以上，過量的電子會從多量子阱溢出至第二導電型半導體產(chǎn)生非輻射復合，空穴離化效率低會導致第二導電型半導體的空穴難以有效注入多量子阱中，空穴注入多量子阱的效率低，導致多量子阱的發(fā)光效率低；氮化物半導體結(jié)構(gòu)具有非中心對稱性，沿c軸方向會產(chǎn)生較強的自發(fā)極化，疊加晶格失配的壓電極化效應，形成本征極化場；該本征極化場沿(001)方向，使多量子阱層產(chǎn)生較強的量子限制stark效應，引起能帶傾斜和電子空穴波函數(shù)空間分離，降低電子空穴的輻射復合效率；半導體發(fā)光元件的折射率、介電常數(shù)等參數(shù)大于空氣，導致量子阱發(fā)出的光出射時的全反射角偏小，光提取效率偏低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設計合理的iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

3、一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底，n型半導體，量子阱，p型半導體，所述p型半導體上方具有高電子遷移率接觸層；所述高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率峰值位置往量子阱方向的下降角度為φ，高電子遷移率接觸層的峰值速率電場的谷值位置往量子阱方向的上升角度為β，高電子遷移率接觸層的空穴遷移率的谷值位置往量子阱方向的上升角度為γ，高電子遷移率接觸層的縱向聲速的谷值位置往量子阱方向的上升角度為θ，其中：3°≤θ≤φ≤β≤γ≤87°。

4、進一步地，所述高電子遷移率接觸層為gan、alingan、algan、ingan、aln、inn、alinn的任意一種或任意組合；所述量子阱由阱層和壘層組成的周期性結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1～50。

5、其中，所述高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率分布、峰值速率電場分布、共價鍵能量分布以及縱向聲速分布均具有v型分布，其中，所述p型半導體的峰值電子漂移速率≤高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率≤量子阱的阱層的峰值電子漂移速率；

6、其中，所述量子阱的阱層的共價鍵能量≤高電子遷移率接觸層的共價鍵能量≤p型半導體的共價鍵能量；

7、其中，所述量子阱的阱層的縱向聲速≤高電子遷移率接觸層的縱向聲速≤p型半導體的縱向聲速。

8、進一步地，所述高電子遷移率接觸層的p型摻雜元素為mg、zn、li、na、k等元素的任意一種或任意多種；所述高電子遷移率接觸層的厚度為5～500埃米。

9、進一步地，所述量子阱包括第一量子阱和第二量子阱；所述量子阱為gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn、金剛石的任意一種或任意組合；所述量子阱的阱層厚度為5～200埃米，壘層厚度為10～500埃米。

10、進一步地，所述n型半導體為gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一種或任意組合；所述n型半導體的厚度為50～90000埃米。

11、進一步地，所述p型半導體為gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一種或任意組合；所述p型半導體的厚度為10～80000埃米。

12、進一步地，所述襯底包括藍寶石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、mo、金剛石、cu、tiw、inp、藍寶石/sio2/sinx復合襯底、藍寶石/sinx/sio2復合襯底、藍寶石/sio2復合襯底、藍寶石/aln復合襯底、藍寶石/sinx、鎂鋁尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2復合襯底的任意一種。

13、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過在p型半導體上方設置高電子遷移率接觸層，并控制高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率峰值位置往量子阱方向的下降角度、高電子遷移率接觸層的峰值速率電場的谷值位置往量子阱方向的上升角度、高電子遷移率接觸層的空穴遷移率的谷值位置往量子阱方向的上升角度以及高電子遷移率接觸層的縱向聲速的谷值位置往量子阱方向的上升角度的大小，從而降低高電子遷移率接觸層與ito或金屬電極材料的功函數(shù)，降低高電子遷移率接觸層與ito或金屬電極材料的帶階，提升空穴遷移效率和注入效率，降低老化條件下的電壓變化幅度，降低1000小時的老化電壓變化幅度。

技術(shù)特征：

1.一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底，n型半導體，量子阱，p型半導體，其特征在于，所述p型半導體上方具有高電子遷移率接觸層；所述高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率峰值位置往量子阱方向的下降角度為φ，高電子遷移率接觸層的峰值速率電場的谷值位置往量子阱方向的上升角度為β，高電子遷移率接觸層的空穴遷移率的谷值位置往量子阱方向的上升角度為γ，高電子遷移率接觸層的縱向聲速的谷值位置往量子阱方向的上升角度為θ，其中：3°≤θ≤30°≤φ≤45°≤β≤60°≤γ≤87°，所述角度為沿曲線的切線傾斜角；所述p型半導體的峰值電子漂移速率≤高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率≤量子阱的阱層的峰值電子漂移速率；所述量子阱的阱層的共價鍵能量≤高電子遷移率接觸層的共價鍵能量≤p型半導體的共價鍵能量；所述量子阱的阱層的縱向聲速≤高電子遷移率接觸層的縱向聲速≤p型半導體的縱向聲速。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述高電子遷移率接觸層為gan、alingan、algan、ingan、aln、inn、alinn的任意一種或任意組合；所述量子阱由阱層和壘層組成的周期性結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1～50。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率分布、峰值速率電場分布、共價鍵能量分布以及縱向聲速分布均具有v型分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種i?i?i族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，高電子遷移率接觸層的p型摻雜元素為mg、zn、li、na、k等元素的任意一種或任意多種；所述高電子遷移率接觸層的厚度為5～500埃米。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述量子阱包括第一量子阱和第二量子阱；所述量子阱為gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn、金剛石的任意一種或任意組合；所述量子阱的阱層厚度為5～200埃米，壘層厚度為10～500埃米。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述n型半導體為gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一種或任意組合；所述n型半導體的厚度為50～90000埃米。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述p型半導體為gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一種或任意組合；所述p型半導體的厚度為10～80000埃米。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的一種iii族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底包括藍寶石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、mo、金剛石、cu、tiw、inp、藍寶石/sio2/sinx復合襯底、藍寶石/sinx/sio2復合襯底、藍寶石/sio2復合襯底、藍寶石/aln復合襯底、藍寶石/sinx、鎂鋁尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2復合襯底的任意一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導體光電器件技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種III族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)。該III族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，從下至上依次包括襯底，n型半導體，量子阱，p型半導體，p型半導體上方具有高電子遷移率接觸層；高電子遷移率接觸層的峰值電子漂移速率峰值位置往量子阱方向的下降角度為φ，高電子遷移率接觸層的峰值速率電場的谷值位置往量子阱方向的上升角度為β，高電子遷移率接觸層的空穴遷移率的谷值位置往量子阱方向的上升角度為γ，高電子遷移率接觸層的縱向聲速的谷值位置往量子阱方向的上升角度為θ；該III族氮化物半導體發(fā)光元件的外延結(jié)構(gòu)，可以提升空穴遷移效率和注入效率，降低老化條件下的電壓變化幅度。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧和清,鄭錦堅,張江勇,闞宏柱,李水清,尋飛林,李曉琴,藍家彬,蔡鑫,陳婉君,胡志勇
受保護的技術(shù)使用者：安徽格恩半導體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10