CN114430002B - 高效率有源层和半导体发光器件及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高效率有源层和半导体发光器件及其制备方法，高效率有源层包括：应变量子阱层；位于所述应变量子阱层一侧的第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；位于所述应变量子阱层另一侧的第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。提高了发光效率和可靠性。

Description

高效率有源层和半导体发光器件及制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高效率有源层和半导体发光器件及制备方法。
背景技术
半导体发光结构是以一定的半导体材料作为工作物质而产生受激发射作用的器件，其工作原理是：通过一定的激励方式，在半导体材料的能带（导带与价带）之间，或者半导体材料的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，因半导体发光结构体积小、电光转换效率高被广泛的使用。
现有的半导体发光结构和有源层的发光效率和可靠性还有待提高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中有源层和半导体发光结构的发光效率和可靠性还有待提高的问题，从而提供一种高效率有源层和半导体发光器件及制备方法。
本发明提供一种高效率有源层，包括：应变量子阱层；位于所述应变量子阱层一侧的第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；位于所述应变量子阱层另一侧的第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
可选的，所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶；所述应变量子阱层的价带与所述第二势垒层的价带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶。
可选的，所述第一应变势垒层的禁带宽度等于所述第二势垒层的禁带宽度。
可选的，所述高效率有源层的发光波长为750nm-860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3；所述压应变势垒层的材料包括Inx1Ga1-x1P；所述第二势垒层的材料包括Alx2Ga1-x2As。
可选的，所述压应变势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为35/65~47/53。
可选的，所述张应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为35/65~47/53。
可选的，所述张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm。
可选的，x3为0.70~0.95。
可选的，所述张应变量子阱层的材料为GaAs0.82P0.18。
可选的，所述高效率有源层的发光波长为870nm-1100nm；所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As；所述张应变势垒层的材料包括GaAsx4P1-x4；所述第二势垒层的材料包括Alx5Ga1-x5As。
可选的，所述张应变势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为30/70~45/55。
可选的，所述压应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为30/70~45/55。
可选的，所述压应变量子阱层的厚度为4nm~8nm。
可选的，所述压应变量子阱层的材料的压应变范围为0.1%~2%。
可选的，所述张应变势垒层的材料的张应变范围为0.1%~2%。
可选的，x4为0.7~0.95;x5为0.05~0.3;x6为0.1~0.3。
本发明还提供一种半导体发光器件，包括本发明的高效率有源层。
可选的，还包括：半导体衬底层，所述高效率有源层位于所述半导体衬底层上；所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。
可选的，还包括：相对设置的N型波导层和P型波导层；所述高效率有源层位于所述N型波导层和所述P型波导层之间；N型限制层和P型限制层，N型限制层位于N型波导层背离所述高效率有源层的一侧，所述P型限制层位于P型波导层背离所述高效率有源层的一侧。
本发明还提供一种高效率有源层的方法，其特征在于，包括：形成第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；形成第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；在形成第一应变势垒层的步骤和形成第二势垒层的步骤之间，形成应变量子阱层；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
可选的，所述高效率有源层的发光波长为750nm-860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3；所述压应变势垒层的材料包括Inx1Ga1-x1P；所述第二势垒层的材料包括Alx2Ga1-x2As。
可选的，形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和P源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理、第二中断处理和第三中断处理；在所述第一中断处理中，关断In源气体、Ga源气体和As源气体，通入P源气体；在所述第二中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体和P源气体；在所述第三中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体和P源气体，P源气体在第三中断处理中随着时间的增加而递减。
可选的，形成应变所述量子阱层之后形成所述第二势垒层；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成所述第二势垒层的步骤中，通入Al源气体、Ga源气体和As源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤和形成所述第二势垒层的步骤之间，进行第四中断处理；在所述第四中断处理中，关断Ga源气体和P源气体，通入As源气体。
可选的，所述高效率有源层的发光波长为870nm-1100nm；所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As；所述张应变势垒层的材料包括GaAsx4P1-x4；所述第二势垒层的材料包括Alx5Ga1-x5As。
可选的，形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和As源气体；在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理和第二中断处理；在所述第一中断处理中，关断Ga源气体，通入As源气体和P源气体；在所述第二中断处理中，关断Ga源气体，通入As源气体和P源气体，P源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递减，As源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递增。
可选的，形成所述应变量子阱层的生长温度小于形成所述第一应变势垒层的生长温度且小于第一中断处理中的温度；形成所述应变量子阱层过程中的生长温度恒定，形成所述第一应变势垒层过程中的生长温度恒定，第一中断处理中的温度恒定；第二中断处理中的温度大于形成所述应变量子阱层的生长温度且小于所述第一中断处理的温度，第二中断处理中的温度随着时间的增加而递减。
可选的，形成所述应变量子阱层之后形成所述第二势垒层；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和As源气体；在形成所述第二势垒层的步骤中，通入Al源气体、Ga源气体和As源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤和形成所述第二势垒层的步骤之间，进行第三中断处理；在所述第三中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体。
可选的，形成所述应变量子阱层的生长温度小于形成所述第二势垒层的生长温度；形成所述应变量子阱层过程中的生长温度恒定，形成所述第二势垒层过程中的生长温度恒定；第三中断处理中的温度大于形成所述应变量子阱层的生长温度且小于形成所述第二势垒层的生长温度，第三中断处理中的温度随着时间的增加而递增。
本发明还提供一种半导体发光器件的制备方法，包括本发明的高效率有源层的制备方法。
可选的，还包括：提供半导体衬底层；形成第一应变势垒层的步骤为：在所述半导体衬底层上形成第一应变势垒层；形成第二势垒层的步骤为：在所述半导体衬底层上形成第二势垒层；所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。
本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案提供的高效率有源层，第一应变势垒层的导带与应变量子阱层的导带之间的带阶小于应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶。所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。由于第一应变势垒层的导带与应变量子阱层的导带之间的带阶较小，第一应变势垒层对电子的势垒降低，因此第一应变势垒层中电子传导能力更好，更多的电子能传到至应变量子阱层中。由于应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶较大，因此第一应变势垒层能阻挡空穴自应变量子阱层至第一应变势垒层传导，抑制空穴泄漏，这样更多的空穴能位于应变量子阱层中，这样增强了空穴和电子的复合效率，提高了发光效率。由于所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶较小，第二势垒层对空穴的势垒降低，因此第二势垒层中空穴传导能力更好，更多的空穴能传到至应变量子阱层中。所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶较大，因此第二势垒层能阻挡电子自应变量子阱层至第二势垒层传导，抑制电子泄漏，这样更多的电子能位于应变量子阱层中，这样增强了空穴和电子的复合效率，提高了发光效率。其次，应变量子阱层呈应变，使得应变量子阱层的价带的轻空穴价带和重穴价带分离，应变量子阱层的轻空穴价带或应变量子阱层的重穴价带作为价带的顶层用于能级转换，这种结构设计增加应变量子阱层的增益效果，应变量子阱层参与光的激射的价带的态密度较小，两者能级差越大，将获得更高的增益效果，提高了发光效率。另外，第一应变势垒层和应变量子阱层形成应变补偿，有利于增加应变量子阱层的长期稳定性，有利于提高可靠性。
进一步，所述应变量子阱层为张应变量子阱层，使得张应变量子阱层的价带的轻空穴价带和重穴价带分离，张应变量子阱层的轻空穴价带相对于张应变量子阱层的重穴价带靠近张应变量子阱层的导带，张应变量子阱层的轻空穴价带作为价带的顶层用于能级转换，这种结构设计增加张应变量子阱的增益效果，张应变量子阱层参与光的激射的价带的态密度较小，两者能级差越大，将获得更高的增益效果，提高了发光效率。另外，第一应变势垒层为压应变势垒层，压应变势垒层和张应变量子阱层形成应变补偿，有利于增加张应变量子阱层的增益效果，有利于增加张应变量子阱层的长期稳定性，有利于提高可靠性。所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3，张应变量子阱层中无Al元素，提高张应变量子阱层的可靠性。再次，将同时获得较小的压应变势垒层与张应变量子阱层的导带带阶以及较小的张应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
进一步，所述应变量子阱层为压应变量子阱层，使得压应变量子阱层的价带的轻空穴价带和重穴价带分离，压应变量子阱层的重空穴价带相对于压应变量子阱层的轻空穴价带靠近压应变量子阱层的导带，压应变量子阱层的重空穴价带作为价带的顶层用于能级转换，这种结构设计可增加压应变量子阱层增益效果，压应变量子阱层参与光的激射的价带的态密度较小，两者能级差越大，将获得更高的增益效果，提高了发光效率。另外，第一应变势垒层为张应变势垒层，张应变势垒层和压应变量子阱层形成应变补偿，有利于增加应变量子阱层的增益效果，有利于增加压应变量子阱层的长期稳定性，有利于提高可靠性。再次，所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As，压应变量子阱层中无Al元素，提高压应变量子阱层的可靠性。其次，同时获得较小的张应变势垒层与压应变量子阱层的导带带阶以及较小的压应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
本发明提供的半导体发光器件，包括本发明的高效率有源层。使得半导体发光器件的发光效率提高且可靠性提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的高效率有源层的结构示意图；
图2为实施例1的高效率有源层的能带图；
图3为实施例1的高效率有源层中的势垒准费米能级的示意图；
图4为对比例1中有源层的能带图；
图5为对比例2中有源层的能带图；
图6为实施例2中的发光波长为750nm-860nm的高效率有源层对应不同厚度的张应变量子阱层时，张应变量子阱层的厚度与张应变量子阱层的导带能级与轻空穴价带能极差、张应变量子阱层的导带能级和重空穴价带能极差的关系图；
图7为对比例1中有源层中的势垒准费米能级的示意图；
图8为对比例2中有源层中的势垒准费米能级的示意图；
图9为对比例3中有源层的能带图；
图10为对比例4中有源层的能带图；
图11为对比例3中有源层中的势垒准费米能级的示意图；
图12为对比例4中有源层中的势垒准费米能级的示意图；
图13为实施例4中半导体发光器件的结构示意图;
图14为实施例4中半导体发光器件的能带图；
图15为实施例6中的半导体发光器件、对比例6的半导体发光结构中电子浓度分布图；
图16为实施例5中的半导体发光器件、对比例5的半导体发光结构中空穴浓度分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明一实施例提供一种高效率有源层，参考图1，包括：
应变量子阱层110；
位于所述应变量子阱层110一侧的第一应变势垒层100，所述第一应变势垒层100用于传输电子；所述第一应变势垒层100和所述应变量子阱层110用于形成应变补偿；
位于所述应变量子阱层110另一侧的第二势垒层120，第二势垒层120用于传输空穴；
所述第一应变势垒层100的导带与所述应变量子阱层110的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层110的价带与所述第一应变势垒层100的价带之间的带阶（参考图2），且所述应变量子阱层110的价带与第二势垒层120的价带之间的带阶小于所述第二势垒层120的导带与所述应变量子阱层110的导带之间的带阶（参考图2）。
图2中从左至右依次代表第一应变势垒层100的能带、应变量子阱层110能带和第二势垒层120的能带。
图2中，Eg1为本实施例中的第一应变势垒层100的禁带宽度，Eg2为本实施例中的第二势垒层120的禁带宽度，Eg3为本实施例中的应变量子阱层110的禁带宽度，Eg2=Eg1；ΔEv1为本实施例中应变量子阱层110的价带和第一应变势垒层100的价带之间的带阶，ΔEv2为本实施例中应变量子阱层110的价带和第二势垒层120的价带之间的带阶，ΔEc1为本实施例中第一应变势垒层100的导带和应变量子阱层110的导带之间的带阶，ΔEc2为本实施例中第二势垒层120的导带和应变量子阱层110的导带之间的带阶。图2中的第二势垒层120为无应变势垒层。
图3为本实施例中高效率有源层中的势垒准费米能级的示意图。开启电压ΔVF与应变量子阱层110的带隙、第一应变势垒层100和应变量子阱层110的导带带阶、应变量子阱层110和第二势垒层120的价带带阶之和成正比。
由于第一应变势垒层100的导带与应变量子阱层110的导带之间的带阶较小，第一应变势垒层100对电子的势垒降低，因此第一应变势垒层100中电子传导能力更好，更多的电子能传到至应变量子阱层110中。由于应变量子阱层110的价带与所述第一应变势垒层100的价带之间的带阶较大，因此第一应变势垒层100能阻挡空穴自应变量子阱层110至第一应变势垒层100传导，抑制空穴泄漏，这样更多的空穴能位于应变量子阱层110中，这样增强了空穴和电子的复合效率，提高了发光效率。由于所述应变量子阱层110的价带与第二势垒层120的价带之间的带阶较小，第二势垒层120对空穴的势垒降低，因此第二势垒层120中空穴传导能力更好，更多的空穴能传到至应变量子阱层110中。所述第二势垒层120的导带与所述应变量子阱层110的导带之间的带阶较大，因此第二势垒层120能阻挡电子自应变量子阱层110至第二势垒层120传导，抑制电子泄漏，这样更多的电子能位于应变量子阱层110中，这样增强了空穴和电子的复合效率，提高了发光效率。
其次，应变量子阱层110呈应变，使得应变量子阱层110的价带的轻空穴价带和重穴价带分离，应变量子阱层110的轻空穴价带或应变量子阱层110的重穴价带作为价带的顶层用于能级转换，这种结构设计增加应变量子阱层110的增益效果，应变量子阱层110参与光的激射的价带的态密度较小，两者能级差越大，将获得更高的增益效果，提高了发光效率。另外，第一应变势垒层100和应变量子阱层110形成应变补偿，有利于增加应变量子阱层110的长期稳定性，有利于提高可靠性。
再次，同时获得较小的第一应变势垒层与应变量子阱层的导带带阶以及较小的应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
所述第一应变势垒层100和所述应变量子阱层110用于形成应变补偿。在一个实施例中，应变量子阱层110为张应变量子阱层，第一应变势垒层100为压应变量子阱层。在另一个实施例中，应变量子阱层110为压应变量子阱层，第一应变势垒层100为张应变量子阱层。
本实施例中，第一应变势垒层100和应变量子阱层110接触，第二势垒层120和应变量子阱层110接触。
本实施例中，第二势垒层120为无应变势垒层。
本实施例中，所述第一应变势垒层100的导带与所述应变量子阱层110的导带之间的带阶小于所述第二势垒层120的导带与所述应变量子阱层110的导带之间的带阶；所述应变量子阱层110的价带与所述第二势垒层120的价带之间的带阶小于所述应变量子阱层110的价带与所述第一应变势垒层100的价带之间的带阶。
在一个实施例中，所述第一应变势垒层的禁带宽度等于所述第二势垒层的禁带宽度。在其他实施例中，第一应变势垒层的禁带宽度与所述第二势垒层的禁带宽度不相等。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定：高效率有源层的发光波段为750nm-860nm；应变量子阱层110为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层100为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3；所述压应变势垒层的材料包括Inx1Ga1-x1P；所述第二势垒层的材料包括Alx2Ga1-x2As。
本实施例中，应变量子阱层110为张应变量子阱层，使得张应变量子阱层的价带的轻空穴价带和重穴价带分离，张应变量子阱层的轻空穴价带相对于张应变量子阱层的重穴价带靠近张应变量子阱层的导带，张应变量子阱层的轻空穴价带作为价带的顶层用于能级转换，这种结构设计增加张应变量子阱层的增益效果，张应变量子阱层参与光的激射的价带的态密度较小（相对于量子阱层的价带的轻空穴价带和重穴价带有重合部分时量子阱层的价带的态密度），两者能级差越大，将获得更高的增益效果，提高了发光效率。
另外，所述第一应变势垒层100为压应变势垒层。压应变势垒层和张应变量子阱层形成应变补偿，有利于增加张应变量子阱层长期稳定性，有利于增加张应变量子阱层的增益效果，有利于提高可靠性。
另外，张应变量子阱层中无Al元素，提高张应变量子阱层的可靠性。
再次，将同时获得较小的压应变势垒层与张应变量子阱层的导带带阶以及较小的张应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
本实施例中，第二势垒层120为无应变势垒层。
在一个实施例中，x1为0.51~0.65;x2为0.2~0.4,x3为0.70~0.95。
当张应变量子阱层的材料为GaAsx3P1-x3时，增加张应变量子阱层中的P的组分，张应变量子阱层的张应力变大，张应变量子阱层的张应力越大，对于增加轻空穴价带能级与重空穴价带能级差越有帮助。增加张应变量子阱层中的P的组分，使得张应变量子阱层的带隙增大，使得张应变量子阱层发出的光的波长朝向短波方向移动。其次，需要考虑张应变量子阱层的生长质量，若P的组分过大的化，对于张应变量子阱层的外延生长质量有挑战。因此，在一个优选的实施例中，x3为0.70~0.95。
在一个实施例中，所述张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm，例如8nm、10nm、12nm、15nm、18nm或20nm。这样设置的好处：当张应变量子阱层的厚度大于8nm时，随着张应变量子阱层的厚度的增加，张应变量子阱层的导带能级与重空穴价带能极差变小，张应变量子阱层的导带能级和轻空穴价带能极差变小。对于张应变量子阱层的轻空穴带作为价带的顶层用于能级转换，张应变量子阱层的导带能级和轻空穴价带能极差随着厚度增加而变小的程度较大，因此能获得更高的增益效果。
在一个优选的实施例中，张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm，x3为0.82，将获得＞30meV的轻空穴价带和重空穴价带能级差，获得更好的增益。
图6为针对不同厚度的张应变量子阱层，张应变量子阱层的厚度与张应变量子阱层的导带能级与轻空穴价带能极差、张应变量子阱层的导带能级和重空穴价带能极差的关系图，张应变量子阱层的材料为GaAs0.82P0.18。从图6中可知：随着张应变量子阱层的厚度的增加，张应变量子阱层的导带能级与重空穴价带能极差变小，张应变量子阱层的导带能级和轻空穴价带能极差变小，且张应变量子阱层的导带能级和轻空穴价带能极差随着厚度增加而变小的程度大于张应变量子阱层的导带能级和重空穴价带能极差随着厚度增加而变小的程度。对于张应变量子阱层，张应变量子阱层的轻空穴带作为价带的顶层用于能级转换，由于张应变量子阱层的导带能级和轻空穴价带能极差随着厚度增加而变小的程度较大，因此能获得更高的增益效果。
当张应变量子阱层的材料为GaAsx3P1-x3，张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm时，张应变量子阱层的张应变量为0.5%-1.5%，例如0.5%、0.8%、1.0%、1.2%或1.5%。
在一个实施例中，第一应变势垒层100的厚度为5nm~30nm。
当压应变势垒层的材料为Inx1Ga1-x1P，压应变势垒层的厚度为5nm~30nm时，压应变势垒层的压应变量为0.1%-0.8%，例如0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%或0.8%。
在一个实施例中，第二势垒层120的厚度为5nm~30nm。
第二势垒层120为无应变势垒层。
在一个实施例中，所述压应变势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为35/65~47/53。
若张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶过小，则所述压应变势垒层能阻挡空穴自所述张应变量子阱层至压应变势垒层传导的程度减弱；若张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶过大，则所述压应变势垒层的禁带宽度过大，会增加开启电压。本实施例中，第一带阶与第二带阶的比值为35/65~47/53，兼顾较好的阻挡空穴泄漏和较低的开启电压。在一个实施例中，第一带阶与第二带阶的比值为2：3。
在一个实施例中，所述张应变量子阱层的价带与第二势垒层120的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层120的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为35/65~47/53。
若所述第二势垒层120的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶过小，则所述第二势垒层120能阻挡电子自所述张应变量子阱层至第二势垒层120传导的程度减弱；若第二势垒层120的导带与所述张应变量子阱层的导带的带阶过大，则所述第二势垒层120的禁带宽度过大，会增加开启电压。本实施例中，第三带阶与第四带阶的比值为35/65~47/53，兼顾较好的阻挡电子泄漏和较低的开启电压。在一个实施例中，第三带阶与第四带阶的比值为2：3。
需要说明的是，本实施例重在强调不对称的第一应变势垒层100和第二势垒层120。下面结合对比例1和对比例2，说明本实施例的不对称的第一应变势垒层100和第二势垒层120的好处。
图4为对比例1提供的有源层的能带图，对比例1的有源层包括第一势垒层和第二势垒层和量子阱层，第一势垒层和第二势垒层位于量子阱层的两侧，第一势垒层和第二势垒层的材料相同，对比例1中的量子阱层的材料与本实施例中的张应变量子阱层的材料一致，对比例1中的第二势垒层和本实施例的第二势垒层一致，第一势垒层和第二势垒层的材料均为无应变Alx2Ga1-x2As，对比例1中的量子阱层为张应变GaAsx3P1-x3。
图4中，E’ g1为对比例1中的第一势垒层的禁带宽度，E’ g2为对比例1中的第二势垒层的禁带宽度，E’ g3为对比例1中的量子阱层的禁带宽度，E’ g2=E’ g1=Eg1；ΔE’ v1为对比例1中量子阱层的价带和第一势垒层的价带之间的带阶，ΔE’ v2为对比例1中量子阱层的价带和第二势垒层的价带之间的带阶，ΔE’ c1为对比例1中第一势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶，ΔE’ c2为对比例1中第二势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶。
图5为对比例2提供的有源层的能带图，对比例2的有源层包括第一势垒层和第二势垒层和量子阱层，第一势垒层和第二势垒层位于量子阱层的两侧，第一势垒层和第二势垒层的材料相同，量子阱层为张应变GaAsx3P1-x3，第一势垒层和第二势垒层的材料均为压应变Inx1Ga1-x1P。
图5中，E’’ g1为对比例2中的第一势垒层的禁带宽度，E’’ g2为对比例2中的第二势垒层的禁带宽度，E’’ g3为对比例2中的量子阱层的禁带宽度，E’’ g2=E’’ g1=Eg1；ΔE’’ v1为对比例2中量子阱层的价带和第一势垒层的价带之间的带阶，ΔE’’ v2为对比例2中量子阱层的价带和第二势垒层的价带之间的带阶，ΔE’’ c1为对比例2中第一势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶，ΔE’’ c2为对比例2中第二势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶。
本实施例中，电子和空穴注入到张应变量子阱层中的能量损耗与第一应变势垒层和张应变量子阱层之间的导带带阶以及张应变量子阱层和第二势垒层之间的价带带阶之和成正比。
本实施例中，ΔEs=a1*ΔEc1+a2*ΔEv2，a1、a2为大于0的常数系数，ΔEs为本实施例中的电子和空穴注入到张应变量子阱层中的能量损耗。对比例1中，ΔE’ s=a1*ΔE’ c1+a2*ΔE’ v2，a1、a2为大于0的常数系数，ΔE’ s为对比例1中的电子和空穴注入到量子阱层中的能量损耗。对比例2中，ΔE’’ s=a1*ΔE’’ c1+a2*ΔE’’ v2，a1、a2为大于0的常数系数，ΔE’’ s为对比例2中的电子和空穴注入到量子阱层中的能量损耗。
本实施例中，ΔEc1为0.4*ΔEg1，ΔEv2为0.4*ΔEg2。ΔEg1=Eg1-Eg3，ΔEg2=Eg2-Eg3。相应的，ΔEs=a1*0.4*ΔEg1+a2*0.4*ΔEg2。
对比例1中，ΔE’ c1为0.6*ΔE’ g1，ΔE’ v2为0.4*ΔE’ g2。ΔE’ g1=E’ g1-E’ g3，ΔE’ g2=E’ g2-E’ g3。相应的，ΔE’ s=a1*0.6*ΔE’ g1+a2*0.4*ΔE’ g2。ΔE’ g1=ΔE’ g2。
对比例2中，ΔE’’ c1为0.4*ΔE’’ g1，ΔE’’ v2为0.6*ΔE’’ g2。ΔE’’ g1=E’’ g1-E’’ g3，ΔE’’ g2=E’’ g2-E’’ g3。相应的，ΔE’’ s=a1*0.4*ΔE’’ g1+a2*0.6*ΔE’’ g2。ΔE’’ g1=ΔE’’ g2。
由于对比例1和本实施例中，采用的第二势垒层的材料一致，对比例1采用的量子阱层的材料和本实施例采用的张应变量子阱层的材料一致，因此ΔE’ g2=ΔEg2。
ΔEs-ΔE’ s=a1*0.4*ΔEg1+a2*0.4*ΔEg2-a1*0.6*ΔE’ g1-a2*0.4*ΔE’ g2=a1*0.4*ΔEg1-a1*0.6*ΔE’ g1=--a1*0.2*ΔEg1<0。因此，ΔEs<ΔE’ s。
由于对比例2采用的第一势垒层和本实施例采用的第一应变势垒层的材料一致，对比例2采用的量子阱层和本实施例采用的张应变量子阱层的材料对应一致，因此ΔE’’ g1=ΔEg1。
ΔEs-ΔE’’ s=a1*0.4*ΔEg1+a2*0.4*ΔEg2-a1*0.4*ΔE’’ g1-a2*0.6*ΔE’’ g2=a2*0.4*ΔEg2-a2*0.6*ΔE’’ g2=-a2*0.2*ΔEg2<0。因此，ΔEs<ΔE’’ s。
根据以上分析：本实施例中，张应变量子阱层的材料为GaAsx3P1-x3，第一应变势垒层100的材料为Inx1Ga1-x1P，第一应变势垒层100和张应变量子阱层之间的导带带阶ΔEc1较小，可以降低电子载流子注入的能量损耗；同时，第二势垒层120的材料为Alx2Ga1-x2As，张应变量子阱层和第二势垒层120之间的价带带阶ΔEv2较小，可以降低空穴载流子注入的能量损耗。这种不对称的第一应变势垒层100和第二势垒层120的设置使得有源层具有最低载流子注入能量损耗，即最大的能量量子效率。
本实施例中，载流子注入到张应变量子阱层中逃逸出去的比例与其逃逸势垒相关。本实施例中，电子逃逸出张应变量子阱层的比例Se与张应变量子阱层和第二势垒层120的导带带阶呈正相关，即Se=b1*exp(-ΔEc2/k0T)，其中k0为玻尔兹曼常数1.380649×10-23J/K;T为张应变量子阱层的温度(K)。本实施例中，空穴逃逸出张应变量子阱层的比例Sn与张应变量子阱层和第一应变势垒层的价带带阶呈正相关，即Sn=b2*exp(-ΔEv1/k0T)。b1为Se的系数，b2为Sn的系数。
对比例1中，电子逃逸出量子阱层的比例Se’与量子阱层和第二势垒层的导带带阶呈正相关,即Se’=b1*exp(-ΔE’ c2/k0T)，空穴逃逸出量子阱层的比例Sn’与量子阱层和第一势垒层的价带带阶呈正相关，Sn’=b2*exp(-ΔE’ v1/k0T)。b1为Se’的系数，b2为Sn’的系数，T为量子阱层的温度。
对比例2中，电子逃逸出量子阱层的比例Se’’与量子阱层和第二势垒层的导带带阶呈正相关,即Se’’=b1*exp(-ΔE’’ c2/k0T)，空穴逃逸出量子阱层的比例Sn’’与量子阱层和第一势垒层的价带带阶呈正相关，Sn’’=b2*exp(-ΔE’’ v1/k0T)。b1为Se’’的系数，b2为Sn’’的系数，T为量子阱层的温度。
本实施例中，发光波长为750nm-860nm的高效率有源层的量子效率
Figure 368908DEST_PATH_IMAGE001
与逃逸比例 的关系为
Figure 82786DEST_PATH_IMAGE002
。
对比例1中，有源层的量子效率
Figure 393682DEST_PATH_IMAGE003
逃逸比例的关系为
Figure 588558DEST_PATH_IMAGE004
。
对比例1中，有源层的量子效率
Figure 668510DEST_PATH_IMAGE005
与逃逸比例的关系为
Figure 22131DEST_PATH_IMAGE006
。
Figure 85902DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure 81540DEST_PATH_IMAGE008
>1。
Figure 547156DEST_PATH_IMAGE009
=
Figure 71678DEST_PATH_IMAGE010
>1。
因此
Figure 357166DEST_PATH_IMAGE011
,
Figure 625336DEST_PATH_IMAGE012
。
根据以上分析：本实施例中，张应变量子阱层的材料为GaAsx3P1-x3，第一应变势垒层100的材料为Inx1Ga1-x1P，张应变量子阱层和第一应变势垒层100的价带带阶ΔEv1较大；增加第一应变势垒层100对空穴载流子的阻挡能力，从而更好的阻挡在价带上从自张应变量子阱层至第一应变势垒层100传输的空穴，使空穴更好的被限制在张应变量子阱层的势阱中。同时，第二势垒层120的材料为Alx2Ga1-x2As，张应变量子阱层和第二势垒层120的导带带阶ΔEc2较大，增加第二势垒层120对电子的阻挡能力,从而更好的阻挡在导带上从张应变量子阱层至第二势垒层120传输的电子，使电子更好的被限制在张应变量子阱层的势阱中。
本实施例中，采用不对称的第一应变势垒层和第二势垒层，还有利于降低有源层的开启电压，进一步提高发光效率。
本实施例中，开启电压与张应变量子阱层带隙、第一应变势垒层和张应变量子阱层的导带带阶、张应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶之和成正比。
本实施例中，与张应变量子阱层的带隙相关的第三电压V3=Eg3/e，其中e为电子电荷;与第一应变势垒层和张应变量子阱层的导带带阶ΔEc1正相关的电压为第一压降V1，V1=q1*ΔEc1，q1>0;与张应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶ΔEv2正相关的电压为第二压降V2，V2=q2*ΔEv2，q2>0;开启电压ΔVF=V1+V2+V3=q1*ΔEc1+q2*ΔEv2+Eg3/e=q1*0.4*ΔEg1+q2*0.4*ΔEg2+Eg3/e。ΔVF对应ΔEF。
参考图7，对比例1中，与量子阱层的带隙相关的第三电压V’ 3=E’ g3/e，其中e为电子电荷;与第一势垒层和量子阱层的导带带阶ΔE’ c1正相关的电压为第一压降V’ 1，V’ 1=q1*ΔE’ c1，q1>0;与量子阱层和第二势垒层的价带带阶ΔE’ v2正相关的电压为第二压降V’ 2，V’ 2=q2*ΔE’ v2，q2>0;开启电压ΔVF1=V’ 1+V’ 2+V’ 3=q1*ΔE’ c1+q2*ΔE’ v2+E’ g3/e=q1*0.6*ΔE’ g1+q2*0.4*ΔE’ g2+E’ g3/e。ΔVF1对应ΔEF1。
参考图8，对比例2中，与量子阱层的带隙相关的第三电压V’’ 3=E’’ g3/e，其中e为电子电荷;与第一势垒层和量子阱层的导带带阶ΔE’’ c1正相关的电压为第一压降V’’ 1，V’’ 1=q1*ΔE’’ c1，q1>0;与量子阱层和第二势垒层的价带带阶ΔE’’ v2正相关的电压为第二压降V’’ 2，V’’ 2=q2*ΔE’’ v2，q2>0;开启电压ΔVF2=V’’ 1+V’’ 2+V’’ 3=q1*ΔE’’ c1+q2*ΔE’’ v2+E’’ g3/e=q1*0.4*ΔE’’ g1+q2*0.6*ΔE’’ g2+E’’ g3/e。ΔVF2对应ΔEF2。
ΔVF-ΔVF1=q1*0.4*ΔEg1+q2*0.4*ΔEg2+Eg3/e-(q1*0.6*ΔE’ g1+q2*0.4*ΔE’ g2+E’ g3/e)=q1*0.4*ΔEg1-q1*0.6*ΔE’ g1=-q1*0.2*ΔEg1/e<0。ΔVF<ΔVF1。
ΔVF-ΔVF2=q1*0.4*ΔEg1+q2*0.4*ΔEg2+Eg3/e-(q1*0.4*ΔE’’ g1+q2*0.6*ΔE’’ g2+E’’ g3/e)=q2*0.4*ΔEg2-q2*0.6*ΔE’’ g2=-q2*0.2*ΔEg2/e<0。ΔVF<ΔVF2。
本实施例将同时获得较小的压应变势垒层与张应变量子阱层的导带带阶以及较小的张应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
现有技术中有源层在发光波段为750nm-860nm内采用的量子阱层为ALGaInAs量子阱层，ALGaInAs量子阱层为含Al结构，且含Al量高，Al容易发生氧化，容易在材料中产生缺陷，增加非辐射复合，一方面降低性能，一方面降低可靠性。
本实施例中，张应变量子阱层的材料不含Al，将避免张应变量子阱层中的材料氧化而产生缺陷，避免增加非辐射复合，提高量子阱层的可靠性。
关于实施例2与实施例1相同的内容，不再详述。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，进一步限定：高效率有源层的发光波段为870nm-1100nm；应变量子阱层110为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层100为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As；所述张应变势垒层的材料包括GaAsx4P1-x4；所述第二势垒层的材料包括Alx5Ga1-x5As。
本实施例中，所述应变量子阱层110为压应变量子阱层，使得压应变量子阱层的价带的轻空穴价带和重穴价带分离，压应变量子阱层的重空穴价带相对于压应变量子阱层的轻空穴价带靠近压应变量子阱层的导带，压应变量子阱层的重空穴价带作为价带的顶层用于能级转换，这种结构设计可增加压应变量子阱层增益效果，压应变量子阱层参与光的激射的价带的态密度较小（相对于得量子阱层的价带的轻空穴带和重穴带有重合部分时量子阱层的价带的态密度），两者能级差越大，将获得更高的增益效果，提高了发光效率。
另外，第一应变势垒层100为张应变势垒层，张应变势垒层和压应变量子阱层形成应变补偿，有利于增加压应变量子阱层的增益效果，有利于增加压应变量子阱层的长期稳定性，有利于提高可靠性。
再次，压应变量子阱层中无Al元素，提高压应变量子阱层的可靠性。
再次，同时获得较小的张应变势垒层与压应变量子阱层的导带带阶以及较小的压应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
本实施例中，第二势垒层120为无应变势垒层。
其中，x4为0.7~0.95;x5为0.05~0.3;x6为0.1~0.3。
当压应变量子阱层的材料为Inx6Ga1-x6As时，增加压应变量子阱层中的In的组分，压应变量子阱层的压应力变大，压应变量子阱层的压应力越大，对于增加轻空穴价带能级与重空穴价带能级差越有帮助。增加压应变量子阱层中的In的组分，使得压应变量子阱层的带隙减小，使得压应变量子阱层发出的光的波长朝向长波方向移动。其次，需要考虑压应变量子阱层的生长质量，若压应变量子阱层中In的组分过大，对于压应变量子阱层的外延生长质量有挑战。因此，在一个优选的实施例中，x6为0.1~0.3。
在一个实施例中，所述压应变量子阱层的厚度为4nm~8nm，例如4nm、5nm、6nm、7nm、或8nm。
当压应变量子阱层的材料为Inx6Ga1-x6As，压应变量子阱层的厚度为4nm~8nm时，压应变量子阱层的压应变量范围为0.1%~2%，例如0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%或2%。
在一个实施例中，第一应变势垒层的厚度为4nm~50nm。
当张应变势垒层的材料为GaAsx4P1-x4，张应变势垒层的厚度为4nm~50nm时，张应变势垒层的张应变量为0.1%~2%，例如0.1%、0.2%、0.5%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%或2%。
在一个实施例中，第二势垒层120的厚度为5nm~30nm。
本实施例中，所述张应变势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述第二势垒层120的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶；所述压应变量子阱层的价带与所述第二势垒层120的价带之间的带阶小于所述压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶。
在一个实施例中，所述张应变势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为30/70~45/55。
若压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶过小，则所述张应变势垒层能阻挡空穴自所述压应变量子阱层至张应变势垒层传导的程度减弱；若压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶过大，则所述张应变势垒层的禁带宽度过大，会增加开启电压。本实施例中，第一带阶与第二带阶的比值为30/70~45/55，兼顾较好的阻挡空穴泄漏和较低的开启电压。在一个实施例中，第一带阶与第二带阶的比值为2：3。
在一个实施例中，所述压应变量子阱层的价带与第二势垒层120的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层120的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为30/70~45/55。
若所述第二势垒层120的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶过小，则所述第二势垒层120能阻挡电子自所述压应变量子阱层至第二势垒层120传导的程度减弱；若第二势垒层120的导带与所述压应变量子阱层的导带的带阶过大，则所述第二势垒层120的禁带宽度过大，开启电压增加。本实施例中，第三带阶与第四带阶的比值为30/70~45/55，兼顾较好的阻挡电子泄漏和较低的开启电压。在一个实施例中，第三带阶与第四带阶的比值为2：3。
本实施例重在强调不对称的第一应变势垒层100和第二势垒层120。下面结合对比例3和对比例4，说明本实施例的不对称的第一应变势垒层100和第二势垒层120的好处。
图9为对比例3提供的有源层的能带图，对比例3的有源层包括第一势垒层和第二势垒层和量子阱层，第一势垒层和第二势垒层位于量子阱层的两侧，第一势垒层和第二势垒层的材料相同，量子阱层为张应变Inx3Ga1-x3As，第一势垒层和第二势垒层的材料均为无应变Alx2Ga1-x2As。
图9中，E’ g11为对比例3中的第一势垒层的禁带宽度，E’ g22为对比例3中的第二势垒层的禁带宽度，E’ g33为对比例3中的量子阱层的禁带宽度，E’ g22=E’ g11=Eg1；ΔE’ v11为对比例3中量子阱层的价带和第一势垒层的价带之间的带阶，ΔE’ v22为对比例3中量子阱层的价带和第二势垒层的价带之间的带阶，ΔE’ c11为对比例3中第一势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶，ΔE’ c22为对比例3中第二势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶。
图10为对比例4提供的有源层的能带图，对比例4的有源层包括第一势垒层和第二势垒层和量子阱层，第一势垒层和第二势垒层位于量子阱层的两侧，第一势垒层和第二势垒层的材料相同，量子阱层为张应变Inx3Ga1-x3As，第一势垒层和第二势垒层的材料均为压应变GaAsx1P1-x1。
图10中，E’’ g11为对比例4中的第一势垒层的禁带宽度，E’’ g22为对比例4中的第二势垒层的禁带宽度，E’’ g33为对比例4中的量子阱层的禁带宽度，E’’ g22=E’’ g11=Eg1；ΔE’’ v11为对比例4中量子阱层的价带和第一势垒层的价带之间的带阶，ΔE’’ v22为对比例4中量子阱层的价带和第二势垒层的价带之间的带阶，ΔE’’ c11为对比例4中第一势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶，ΔE’’ c22为对比例4中第二势垒层的导带和量子阱层的导带之间的带阶。
本实施例，电子和空穴注入到压应变量子阱层中的能量损耗与张应变势垒层和压应变量子阱层之间的导带带阶以及压应变量子阱层和第二势垒层之间的价带带阶之和成正比。
本实施例中，ΔEs1=a1*ΔEc1+a2*ΔEv2，a1、a2为大于0的常数系数，ΔEs1为本实施例中的电子和空穴注入到压应变量子阱层中的能量损耗。对比例3中，ΔE’ s1=a1*ΔE’ c11+a2*ΔE’ v22，a1、a2为大于0的常数系数，ΔE’ s1为对比例3中的电子和空穴注入到量子阱层中的能量损耗。对比例4中，ΔE’’ s1=a1*ΔE’’ c11+a2*ΔE’’ v22，a1、a2为大于0的常数系数，ΔE’’ s1为对比例4中的电子和空穴注入到量子阱层中的能量损耗。
本实施例中，ΔEc1为0.4*ΔEg1，ΔEv2为0.4*ΔEg2。ΔEg1=Eg1-Eg3，ΔEg2=Eg2-Eg3。相应的，ΔEs1=a1*0.4*ΔEg1+a2*0.4*ΔEg2。
对比例3中，ΔE’ c11为0.6*ΔE’g11，ΔE’ v22为0.4*ΔE’g22。ΔE’g11=E’ g11-E’ g33，ΔE’g22=E’ g22-E’ g33。相应的，ΔE’ s1=a1*0.6*ΔE’g11+a2*0.4*ΔE’ g22。ΔE’g11=ΔE’g22。
对比例4中，ΔE’’ c11为0.4*ΔE’’ g11，ΔE’’ v22为0.6*ΔE’’ g22。ΔE’’ g11=E’’ g11-E’’ g33，ΔE’’ g22=E’’ g22-E’’ g33。相应的，ΔE’’ s1=a1*0.4*ΔE’’ g11+a2*0.6*ΔE’’ g22。ΔE’’ g11=ΔE’’ g22。
由于对比例3和本实施例中，采用的第二势垒层的材料一致，对比例3采用的量子阱层和本实施例中的压应变量子阱层的材料对应一致，因此ΔE’ g22=ΔEg2。
ΔEs1-ΔE’ s1=a1*0.4*ΔEg1+a2*0.4*ΔEg2-a1*0.6*ΔE’ g11-a2*0.4*ΔE’ g22=a1*0.4*ΔEg1-a1*0.6*ΔE’ g11=--a1*0.2*ΔEg1<0。因此，ΔEs1<ΔE’ s1。
由于对比例4采用的第一势垒层和本实施例采用的第一应变势垒层的材料一致，对比例4采用的量子阱层和本实施例采用的压应变量子阱层的材料对应一致，因此ΔE’’ g11=ΔEg1。
ΔEs1-ΔE’’ s1=a1*0.4*ΔEg1+a2*0.4*ΔEg2-a1*0.4*ΔE’’ g11-a2*0.6*ΔE’’ g22=a2*0.4*ΔEg2-a2*0.6*ΔE’’ g22=-a2*0.2*ΔEg2<0。因此，ΔEs1<ΔE’’ s1。
根据以上分析：本实施例中，压应变量子阱层的材料为Inx6Ga1-x6As，第一应变势垒层的材料为GaAsx4P1-x4，第一应变势垒层100和压应变量子阱层之间的导带带阶ΔEc1较小，可以降低电子载流子注入的能量损耗；同时，第二势垒层120的材料为Alx5Ga1-x5As，压应变量子阱层和第二势垒层120之间的价带带阶ΔEv2较小，可以降低空穴载流子注入的能量损耗。这种不对称的第一应变势垒层100和第二势垒层120的设置使得有源层具有最低载流子注入能量损耗，即最大的能量量子效率。
本实施例中，载流子注入到压应变量子阱层中逃逸出去的比例与其逃逸势垒相关。本实施例中，电子逃逸出压应变量子阱层的比例Se1与压应变量子阱层和第二势垒层120的导带带阶呈正相关，即Se1=d1*exp(-ΔEc2/k0T)，其中k0为玻尔兹曼常数1.380649×10-23J/K;T为压应变量子阱层的温度(K)。本实施例中，空穴逃逸出压应变量子阱层的比例Sn1与压应变量子阱层和第一应变势垒层的价带带阶呈正相关，即Sn1=d2*exp(-ΔEv1/k0T)。d1为Se1的系数，d2为Sn1的系数。
对比例3中，电子逃逸出量子阱层的比例Se1’与量子阱层和第二势垒层的导带带阶呈正相关,即Se1’=d1*exp(-ΔE’ c22/k0T)，空穴逃逸出量子阱层的比例Sn1’与量子阱层和第一势垒层的价带带阶呈正相关，Sn1’=d2*exp(-ΔE’ v11/k0T)。d1为Se1’的系数，d2为Sn1’的系数，T为对比例3中量子阱层的温度。
对比例4中，电子逃逸出量子阱层的比例Se1’’与量子阱层和第二势垒层的导带带阶呈正相关,即Se1’’=d1*exp(-ΔE’’ c22/k0T)，空穴逃逸出量子阱层的比例Sn1’’与量子阱层和第一势垒层的价带带阶呈正相关，Sn1’’=d2*exp(-ΔE’’ v11/k0T)。d1为Se1’’的系数，d2为Sn1’’的系数，T为量子阱层的温度。
本实施例中，870nm-1100nm高效率有源层的量子效率
Figure 679880DEST_PATH_IMAGE013
与逃逸比例的关系为
Figure 375304DEST_PATH_IMAGE014
。
对比例3中，有源层的量子效率
Figure 148088DEST_PATH_IMAGE015
逃逸比例的关系为
Figure 954370DEST_PATH_IMAGE016
。
对比例4中，有源层的量子效率
Figure 128999DEST_PATH_IMAGE017
与逃逸比例的关系为
Figure 729745DEST_PATH_IMAGE018
。
Figure 986895DEST_PATH_IMAGE019
=
Figure 596868DEST_PATH_IMAGE020
>1。
Figure 626004DEST_PATH_IMAGE021
=
Figure 663230DEST_PATH_IMAGE022
>1
因此
Figure 145027DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 558691DEST_PATH_IMAGE024
。
根据以上分析：本实施例中，压应变量子阱层的材料为Inx6Ga1-x6As，第一应变势垒层100的材料为GaAsx4P1-x4，压应变量子阱层和第一应变势垒层100的价带带阶ΔEv1较大；增加第一应变势垒层100对空穴载流子的阻挡能力，从而更好的阻挡在价带上从自压应变量子阱层至第一应变势垒层100传输的空穴，使空穴更好的被限制在压应变量子阱层的势阱中。同时，第二势垒层120的材料为Alx5Ga1-x5As，压应变量子阱层和第二势垒层120的导带带阶ΔEc2较大，增加第二势垒层120对电子的阻挡能力,从而更好的阻挡在导带上从压应变量子阱层至第二势垒层120传输的电子，使电子更好的被限制在压应变量子阱层的势阱中。
本实施例中，采用不对称的第一应变势垒层和第二势垒层，还有利于降低发光波长为870nm-1100nm的高效率有源层的开启电压，进一步提高发光效率。
本实施例中，开启电压与压应变量子阱层带隙、张应变势垒层和压应变量子阱层的导带带阶、压应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶之和成正比。
本实施例中，与压应变量子阱层的带隙相关的第三电压V31=Eg3/e，其中e为电子电荷;与张应变势垒层和压应变量子阱层的导带带阶ΔEc1正相关的电压为第一压降V11，V11=q1*ΔEc1，q1>0;与压应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶ΔEv2正相关的电压为第二压降V21，V21=q2*ΔEv2，q2>0;开启电压ΔVF=V1+V2+V3=q1*ΔEc1+q2*ΔEv2+Eg3/e=q1*0.4*ΔEg1+q2*0.4*ΔEg2+Eg3/e。
参考图11，对比例3中，与量子阱层的带隙相关的第三电压V’ 31=E’ g33/e，其中e为电子电荷;与第一势垒层和量子阱层的导带带阶ΔE’ c11正相关的电压为第一压降V’ 11，V’ 11=q1*ΔE’ c11，q1>0;与量子阱层和第二势垒层的价带带阶ΔE’ v22正相关的电压为第二压降V’ 21，V’ 21=q2*ΔE’ v22，q2>0;开启电压ΔVF3=V’ 11+V’ 21+V’ 31=q1*ΔE’ c11+q2*ΔE’ v22+E’ g33/e=q1*0.6*ΔE’ g11+q2*0.4*ΔE’ g22+E’ g33/e。ΔVF3对应ΔEF3。
参考图12，对比例4中，与量子阱层的带隙相关的第三电压V’’ 31=E’’ g33/e，其中e为电子电荷;与第一势垒层和量子阱层的导带带阶ΔE’’ c11正相关的电压为第一压降V’’ 11，V’’ 11=q1*ΔE’’ c11，q1>0;与量子阱层和第二势垒层的价带带阶ΔE’’ v22正相关的电压为第二压降V’’ 21，V’’ 21=q2*ΔE’’ v22，q2>0;开启电压ΔVF4=V’’ 11+V’’ 21+V’’ 31=q1*ΔE’’ c11+q2*ΔE’’ v22+E’’ g33/e=q1*0.4*ΔE’’ g11+q2*0.6*ΔE’’ g22+E’’ g33/e。ΔVF4对应ΔEF4。
ΔVF-ΔVF3=q1*0.4*ΔEg1+q2*0.4*ΔEg2+Eg3/e-(q1*0.6*ΔE’ g11+q2*0.4*ΔE’ g22+E’ g33/e)=q1*0.4*ΔEg1-q1*0.6*ΔE’ g11=-q1*0.2*ΔEg1/e<0。ΔVF<ΔVF3。
ΔVF-ΔVF4=q1*0.4*ΔEg1+q2*0.4*ΔEg2+Eg3/e-(q1*0.4*ΔE’’ g11+q2*0.6*ΔE’’ g22+E’’ g33/e)=q2*0.4*ΔEg2-q2*0.6*ΔE’’ g22=-q2*0.2*ΔEg2/e<0。ΔVF<ΔVF4。
本实施例将同时获得较小的张应变势垒层与压应变量子阱层的导带带阶以及较小的压应变量子阱层和第二势垒层的价带带阶，可减小PN结开启电压。
现有技术中有源层在发光波段为870nm-1100nm内采用的量子阱层为含Al结构，且含Al量高，Al容易发生氧化，容易在材料中产生缺陷，增加非辐射复合，一方面降低性能，一方面降低可靠性。
本实施例中，压应变量子阱层的材料不含Al，将避免压应变量子阱层中的材料氧化而产生缺陷，避免增加非辐射复合，提高压应变量子阱层的可靠性。
实施例4
本实施例提供一种半导体发光器件，包括实施例1、实施例2或实施例3的高效率有源层。
参考图13，以半导体发光器件为边发射半导体激光器为示例进行说明。半导体发光器件包括：半导体衬底层200；位于半导体衬底层200上相对设置的N型波导层220和P型波导层230；高效率有源层位于所述N型波导层220和所述P型波导层230之间；N型限制层210和P型限制层240，N型限制层210位于N型波导层220背离所述高效率有源层的一侧，所述P型限制层240位于P型波导层230背离所述高效率有源层的一侧。
本实施例中，所述半导体衬底层200的材料包括砷化镓(GaAs)；在其他实施例中，所述半导体衬底层200的材料还可以是其他材料。
高效率有源层包括第一应变势垒层100、第二势垒层120和应变量子阱层110。本实施例中的高效率有源层参照实施例1的高效率有源层。
在一个实施例中，所述应变量子阱层110的材料相对于所述半导体衬底层200的材料呈张应变，所述第一应变势垒层100的材料相对于所述半导体衬底层200的材料呈压应变。在另一个实施例中，所述应变量子阱层110的材料相对于所述半导体衬底层200的材料呈压应变，所述第一应变势垒层100的材料相对于所述半导体衬底层200的材料呈张应变。
在一个实施例，第二势垒层120的材料相对于所述半导体衬底层200的材料无应变。
N型波导层220的材料包括AlInGaP，P型波导层230的材料包括AlGaAs。
参考图14，图14为器件对应图13的能带图，图14中从左至右依次为N型波导层220、第一应变势垒层100、应变量子阱层110、第二势垒层120、P型波导层230的能带。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上，进一步限定高效率有源层为实施例2中的高效率有源层。
半导体发光器件的发光波段为750nm-860nm时，半导体发光器件可应用于808nm、790nm、780nm或760nm的半导体激光器，用于固体Nd-YAG晶体泵浦激光、碱金属泵浦激光、以及医疗激光方向。该波段要求更高效率、更高可靠性。
对比例5提供一种半导体发光结构，包括：半导体衬底层；N型限制层；N型波导层；有源层，有源层为对比例1中的有源层；P型波导层；P型限制层。对比例5中的半导体衬底层、N型波导层、P型波导层、P型限制层与本实施例中的半导体衬底层、N型波导层、P型波导层、P型限制层对应一致。
图16为本实施例中的半导体发光器件、对比例5的半导体发光结构中空穴浓度分布图，从图16得知，本实施例中的第一应变势垒层中的空穴浓度有明显的降低。
实施例6
本实施例在实施例4的基础上，进一步限定高效率有源层为实施例3中的高效率有源层。
当半导体发光器件的发光波段为870nm-1100nm时，半导体发光器件可应用于905nm、915nm、940nm或976nm的半导体激光器，例如905nm的半导体激光器用于激光雷达，915nm或976nm的半导体激光器用于光纤激光泵浦，940nm的半导体激光器用于固体Yb-YAG晶体泵浦。该波段要求更高效率、更高可靠性。
对比例6提供一种半导体发光结构，包括：半导体衬底层；N型限制层；N型波导层；有源层，有源层为对比例2中的有源层；P型波导层；P型限制层。对比例6中的半导体衬底层、N型波导层、P型波导层、P型限制层与本实施例中的半导体衬底层、N型波导层、P型波导层、P型限制层对应一致。
图15为本实施例中的半导体发光器件、对比例6的半导体发光结构中电子浓度分布图，从图15得知，本实施例中的第二势垒层中的电子浓度有明显的降低。
实施例7
本实施例提供一种高效率有源层的方法的制备方法，包括：
S1:形成第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；
S2:形成第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；
S3: 在形成第一应变势垒层的步骤和形成第二势垒层的步骤之间，形成应变量子阱层；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
形成第一应变势垒层之后，形成应变量子阱层；形成应变量子阱之后形成第二势垒层。在另一个实施例中，形成第二势垒层之后，形成应变量子阱层；形成应变量子阱之后形成第一应变势垒层。
关于本实施例的高效率有源层的描述参照实施例1的高效率有源层。
实施例8
本实施例中，所述高效率有源层的发光波长为750nm-860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3；所述压应变势垒层的材料包括Inx1Ga1-x1P；所述第二势垒层的材料包括Alx2Ga1-x2As。
在一个实施例中，形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和P源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤中，关断In源气体，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理、第二中断处理和第三中断处理；在所述第一中断处理中，关断In源气体、Ga源气体和As源气体，通入P源气体；在所述第二中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体和P源气体；在所述第三中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体和P源气体，P源气体在第三中断处理中随着时间的增加而递减。第一应变势垒层的生长过程中、第一中断处理、第二中断处理、第三中断处理、应变量子阱层的生长过程中，Al源气体是关断的。
第一中断处理、第二中断处理和第三中断处理中三族元素是全部关断的，这样在第一中断处理、第二中断处理和第三中断处理中不会生长膜层，既不会生长Inx1Ga1-x1P，也不会生长GaAsx3P1-x3。第一中断处理中通入P源气体，P源气体对Inx1Ga1-x1P进行保护，避免已经生长好的Inx1Ga1-x1P逆反应，且第一中断处理中的P源气体能吹走腔室内的残余的In源气体、Ga源气体。第二中断处理中通入As源气体为应变量子阱层的生长做准备，且As源气体在第二中断处理中流量调节稳定。第三中断处理中P源气体的流量随着时间递减，为了满足应变量子阱层生长过程中P源气体的流量需求。在第三中断处理和应变量子阱层的生长过程之间的切换中，仅打开了Ga源气体，在生长应变量子阱层之前，P源气体和As源气体均调节稳定，在生长应变量子阱层的过程中，无需调节P源气体和As源气体。综上，使得第一应变势垒层和应变量子阱层的界面的陡峭度提高。
第一中断处理中，P源气体的流量恒定；第二中断处理中，As源气体的流量恒定，P源气体的流量恒定。第一中断处理中P源气体的流量等于第二中断处理中P源气体的流量。第三中断处理中As源气体的流量恒定，第三中断处理的起始时刻的P源气体和第二中断处理中P源气体的流量相等。第三中断处理的结束时刻的P源气体的流量和应变量子阱层生长过程中的P源气体的流量相等，第三中断处理的结束时刻的As源气体的流量和应变量子阱层生长过程中的As源气体的流量相等。第一应变势垒层的生长温度、第一中断处理的温度、第二中断处理的温度、第三中断处理的温度和应变量子阱层的生长温度相等。
在一个实施例中，第三中断处理的时间小于第二中断处理的时间，第三中断处理的时间小于第一中断处理的时间。第一中断处理的时间为0.5秒至10秒，第二中断处理的时间为0.5秒至10秒，第三中断处理的时间为5秒至5秒。
在一个实施例中，形成所述应变量子阱层之后形成所述第二势垒层；在形成所述应变量子阱层的步骤中，关断In源气体，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成所述第二势垒层的步骤中，通入Al源气体、Ga源气体和As源气体，关断P源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤和形成所述第二势垒层的步骤之间，进行第四中断处理；在所述第四中断处理中，关断Ga源气体和P源气体，通入As源气体。
第四中断处理中，Al源气体和In源气体是关断的。第四中断处理中的As源气体保护应变量子阱层已经生长的材料，避免已经生长的应变量子阱层发生逆反应，且第四中断处理中的As源气体将腔室中剩余的P源气体吹走。第四中断处理中关闭三族元素气体，这样避免形成其他的杂质膜层。综上，使得述应变量子阱层和第二势垒层的界面陡峭都提高。
本实施例中，第二势垒层的生长温度大于应变量子阱层的生长温度。在第四中断处理的过程中的温度随着时间的增加而增加。第四中断处理结束时刻的温度等于第二势垒层的生长温度。第四中断处理起始时刻的温度等于第一应变势垒层的温度。
在一个实施例中，第二中断处理的时间为0.5秒至10秒。
本实施例中，Al源气体包括三甲基铝，In源气体包括三甲基铟，Ga源气体包括三甲基镓，As源气体包括砷烷，P源气体包括磷烷。
实施例9
本实施例中，所述高效率有源层的发光波长为870nm-1100nm；所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As；所述张应变势垒层的材料包括GaAsx4P1-x4；所述第二势垒层的材料包括Alx5Ga1-x5As。
在一个实施例中，形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和As源气体；在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理和第二中断处理；在所述第一中断处理中，关断Ga源气体，通入As源气体和P源气体；在所述第二中断处理中，关断Ga源气体，通入As源气体和P源气体，P源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递减，As源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递增。
第一应变势垒层的生长过程中、第一中断处理、第二中断处理、应变量子阱层的生长过程中，Al源气体是关断的。第一中断处理中，In源气体是关断的。第二中断处理中，In源气体是关断的。形成应变量子阱层的步骤中，P源气体是关断的。
第一中断处理和第二中断处理中三族元素是全部关断的，这样在第一中断处理和第二中断处理中不会生长膜层，既不会生长GaAsx4P1-x4，也不会生长Inx6Ga1-x6As。第一中断处理中通入As源气体和P源气体，As源气体和P源气体对GaAsx4P1-x4进行保护，避免已经生长好的GaAsx4P1-x4逆反应。第二中断处理中通入As源气体和P源气体，P源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递减，As源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递增，As源气体在第二中断处理中流量调节稳定为应变量子阱层的生长做准备，为了满足应变量子阱层生长过程中As源气体的流量需求。综上，使得第一应变势垒层和应变量子阱层的界面的陡峭度提高。
第一中断处理中，P源气体的流量恒定，As源气体的流量恒定。第二中断处理的起始时刻的P源气体的流量和第一中断处理中P源气体的流量相等。第二中断处理的结束时刻的P源气体的流量为零。第二中断处理起始时刻的As源气体的流量和第一中断处理中As源气体的流量相等。第二中断处理结束时刻的As源气体的流量和应变量子阱层生长过程中的As源气体的流量相等。形成所述应变量子阱层的生长温度小于形成所述第一应变势垒层的生长温度且小于第一中断处理中的温度；形成所述应变量子阱层过程中的生长温度恒定，形成所述第一应变势垒层过程中的生长温度恒定，第一中断处理中的温度恒定；第二中断处理中的温度大于形成所述应变量子阱层的生长温度且小于所述第一中断处理的温度，第二中断处理中的温度随着时间的增加而递减。
在一个实施例中，第一中断处理的时间为0.5秒至10秒，第二中断处理的时间为0.5秒至10秒。
在一个实施例中，形成所述应变量子阱层之后形成所述第二势垒层；在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和As源气体；在形成所述第二势垒层的步骤中，通入Al源气体、Ga源气体和As源气体；在形成所述应变量子阱层的步骤和形成所述第二势垒层的步骤之间，进行第三中断处理；在所述第三中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体。
第三中断处理中，Al源气体和P源气体是关断的。
第三中断处理中As源气体保护应变量子阱层已经生长的材料，避免已经生长的应变变量子阱层发生逆反应，且第三中断处理中的As源气体将腔室中剩余的In源气体吹走。第四中断处理中关闭三族元素气体，这样避免形成其他的杂质膜层。综上，使得述应变量子阱层和第二势垒层的界面陡峭都提高。
形成所述应变量子阱层的生长温度小于形成所述第二势垒层的生长温度；形成所述应变量子阱层过程中的生长温度恒定，形成所述第二势垒层过程中的生长温度恒定；第三中断处理中的温度大于形成所述应变量子阱层的生长温度且小于形成所述第二势垒层的生长温度，第三中断处理中的温度随着时间的增加而递增。
在一个实施例中，第三中断处理的时间为0.5秒至10秒。
本实施例中，Al源气体包括三甲基铝，In源气体包括三甲基铟，Ga源气体包括三甲基镓，As源气体包括砷烷，P源气体包括磷烷。
实施例10
本实施例提供一种半导体发光器件的制备方法，包括实施例7、实施例8或实施例9的高效率有源层的制备方法。
半导体发光器件的制备方法还包括：提供半导体衬底层；形成第一应变势垒层的步骤为：在所述半导体衬底层上形成第一应变势垒层；形成第二势垒层的步骤为：在所述半导体衬底层上形成第二势垒层；所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。
本实施例中，以形成第一应变势垒层之后，形成应变量子阱层，之后形成第二势垒层为示例。半导体发光器件为边发射半导体激光器。相应的，半导体发光器件的制备方法还包括：在所述半导体衬底层上形成N型限制层；在N型限制层上形成N型波导层；形成N型波导层之后形成高效率有源层；之后形成P型波导层；之后形成P型限制层。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (30)

1.一种高效率有源层，其特征在于，包括：
应变量子阱层；
位于所述应变量子阱层一侧的第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；
位于所述应变量子阱层另一侧的第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；
所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
2.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶；所述应变量子阱层的价带与所述第二势垒层的价带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶。
3.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述第一应变势垒层的禁带宽度等于所述第二势垒层的禁带宽度。
4.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述高效率有源层的发光波长为750nm-860nm；
所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3；所述压应变势垒层的材料包括Inx1Ga1-x1P；所述第二势垒层的材料包括Alx2Ga1-x2As。
5.根据权利要求4所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述张应变量子阱层的价带与所述压应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为35/65~47/53。
6.根据权利要求4所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述张应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为35/65~47/53。
7.根据权利要求4所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变量子阱层的厚度为8nm~20nm。
8.根据权利要求4或7所述的高效率有源层，其特征在于，x3为0.70~0.95。
9.根据权利要求8所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变量子阱层的材料为GaAs0.82P0.18。
10.根据权利要求1所述的高效率有源层，其特征在于，所述高效率有源层的发光波长为870nm-1100nm；
所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As；所述张应变势垒层的材料包括GaAsx4P1-x4；所述第二势垒层的材料包括Alx5Ga1-x5As。
11.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶为第一带阶；所述压应变量子阱层的价带与所述张应变势垒层的价带之间的带阶为第二带阶；第一带阶与第二带阶的比值为30/70~45/55。
12.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶为第三带阶；所述第二势垒层的导带与所述压应变量子阱层的导带之间的带阶第四带阶；第三带阶与第四带阶的比值为30/70~45/55。
13.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变量子阱层的厚度为4nm~8nm。
14.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述压应变量子阱层的材料的压应变范围为0.1%~2%。
15.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，所述张应变势垒层的材料的张应变范围为0.1%~2%。
16.根据权利要求10所述的高效率有源层，其特征在于，x4为0.7~0.95;x5为0.05~0.3;x6为0.1~0.3。
17.一种半导体发光器件，其特征在于，包括：权利要求1至16任意一项所述高效率有源层。
18.根据权利要求17所述的半导体发光器件，其特征在于，还包括：半导体衬底层，所述高效率有源层位于所述半导体衬底层上；
所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。
19.根据权利要求17或18所述的半导体发光器件，其特征在于，还包括：相对设置的N型波导层和P型波导层；所述高效率有源层位于所述N型波导层和所述P型波导层之间；N型限制层和P型限制层，N型限制层位于N型波导层背离所述高效率有源层的一侧，所述P型限制层位于P型波导层背离所述高效率有源层的一侧。
20.一种制备权利要求1至16任意一项所述的高效率有源层的方法，其特征在于，包括：
形成第一应变势垒层，所述第一应变势垒层用于传输电子；
形成第二势垒层，所述第二势垒层用于传输空穴；
在形成第一应变势垒层的步骤和形成第二势垒层的步骤之间，形成应变量子阱层；所述第一应变势垒层和所述应变量子阱层用于形成应变补偿；
所述第一应变势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶小于所述应变量子阱层的价带与所述第一应变势垒层的价带之间的带阶，且所述应变量子阱层的价带与第二势垒层的价带之间的带阶小于所述第二势垒层的导带与所述应变量子阱层的导带之间的带阶。
21.根据权利要求20所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，所述高效率有源层的发光波长为750nm-860nm；所述应变量子阱层为张应变量子阱层，所述第一应变势垒层为压应变势垒层；所述张应变量子阱层的材料包括GaAsx3P1-x3；所述压应变势垒层的材料包括Inx1Ga1-x1P；所述第二势垒层的材料包括Alx2Ga1-x2As。
22.根据权利要求21所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；
在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和P源气体；
在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；
在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理、第二中断处理和第三中断处理；在所述第一中断处理中，关断In源气体、Ga源气体和As源气体，通入P源气体；在所述第二中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体和P源气体；在所述第三中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体和P源气体，P源气体在第三中断处理中随着时间的增加而递减。
23.根据权利要求21所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，形成应变所述量子阱层之后形成所述第二势垒层；
在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；
在形成所述第二势垒层的步骤中，通入Al源气体、Ga源气体和As源气体；
在形成所述应变量子阱层的步骤和形成所述第二势垒层的步骤之间，进行第四中断处理；在所述第四中断处理中，关断Ga源气体和P源气体，通入As源气体。
24.根据权利要求20所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，
所述高效率有源层的发光波长为870nm-1100nm；所述应变量子阱层为压应变量子阱层，所述第一应变势垒层为张应变势垒层；所述压应变量子阱层的材料包括Inx6Ga1-x6As；所述张应变势垒层的材料包括GaAsx4P1-x4；所述第二势垒层的材料包括Alx5Ga1-x5As。
25.根据权利要求24所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，
形成所述第一应变势垒层之后形成所述应变量子阱层；
在形成所述第一应变势垒层的步骤中，通入Ga源气体、As源气体和P源气体；
在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和As源气体；
在形成第一应变势垒层的步骤和形成应变量子阱层的步骤之间，依次进行第一中断处理和第二中断处理；在所述第一中断处理中，关断Ga源气体，通入As源气体和P源气体；在所述第二中断处理中，关断Ga源气体，通入As源气体和P源气体，P源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递减，As源气体在第二中断处理中随着时间的增加而递增。
26.根据权利要求25所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，形成所述应变量子阱层的生长温度小于形成所述第一应变势垒层的生长温度且小于第一中断处理中的温度；形成所述应变量子阱层过程中的生长温度恒定，形成所述第一应变势垒层过程中的生长温度恒定，第一中断处理中的温度恒定；第二中断处理中的温度大于形成所述应变量子阱层的生长温度且小于所述第一中断处理的温度，第二中断处理中的温度随着时间的增加而递减。
27.根据权利要求24所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，
形成所述应变量子阱层之后形成所述第二势垒层；
在形成所述应变量子阱层的步骤中，通入In源气体、Ga源气体和As源气体；
在形成所述第二势垒层的步骤中，通入Al源气体、Ga源气体和As源气体；
在形成所述应变量子阱层的步骤和形成所述第二势垒层的步骤之间，进行第三中断处理；在所述第三中断处理中，关断In源气体和Ga源气体，通入As源气体。
28.根据权利要求27所述的高效率有源层的制备方法，其特征在于，形成所述应变量子阱层的生长温度小于形成所述第二势垒层的生长温度；形成所述应变量子阱层过程中的生长温度恒定，形成所述第二势垒层过程中的生长温度恒定；第三中断处理中的温度大于形成所述应变量子阱层的生长温度且小于形成所述第二势垒层的生长温度，第三中断处理中的温度随着时间的增加而递增。
29.一种半导体发光器件的制备方法，其特征在于，包括如权利要求20至28任意一项所述的高效率有源层的制备方法。
30.根据权利要求29所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，还包括：提供半导体衬底层；形成第一应变势垒层的步骤为：在所述半导体衬底层上形成第一应变势垒层；形成第二势垒层的步骤为：在所述半导体衬底层上形成第二势垒层；
所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变，所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；或者，所述应变量子阱层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈压应变；所述第一应变势垒层的材料相对于所述半导体衬底层的材料呈张应变。
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