CN116848647A - 具有改进的电荷载流子分布的v形凹坑增强部件 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供了一种部件(10)，该部件具有半导体层序列(20)，该半导体层序列(20)包括p侧半导体层(1)、n侧半导体层(2)以及位于p侧半导体层与n侧半导体层之间的有源区(3)。有源区(3)具有多量子阱结构，该多量子阱结构包括多个量子垒层(32)和量子阱层(31)，其中，量子垒层(32)和量子阱层(31)沿垂直方向交替布置。有源区(3)包括至少一个凹部(4)，至少一个凹部具有倾斜地延伸至有源区(3)的主表面(30)的小平面(41)，其中，凹部(4)朝向p侧半导体层(1)开口，并且至少在凹部(4)内，量子垒层(32)是n掺杂的并且具有非恒定掺杂分布(DP)，使得在部件(10)的操作中，带负电荷的电荷载流子的传输由于非恒定掺杂分布(DP)而从n侧半导体层(2)朝向p侧半导体层(1)增加。

Description

具有改进的电荷载流子分布的V形凹坑增强部件

本公开内容涉及具有均匀化的电荷载流子分布和增加的辐射复合率以及增加的外部量子效率的半导体部件。

已知的是，在包括具有位于p侧半导体层与n侧半导体层之间的多量子阱(MQW)结构的有源区的光电部件中，有源区内的电荷载流子可能不均匀地分布在整个MQW结构上。这通常导致这样的光电部件的效率损失。在有源区中存在V形金字塔状凹坑(即，V形凹坑(V-pit))的情况下，可以通过经由V形凹坑的侧壁注入到MQW结构的不同量子阱层(QW)中来增强带正电荷的电荷载流子的传输(即，空穴传输)。即使经由V形凹坑注入改进了空穴传输进入更深的量子阱层，但是由于空穴迁移率低，空穴仍然不均匀地分布在整个MQW结构上。

迄今为止，为了改进MQW结构中的空穴分布，已经通过优化p侧生长条件(例如，温度、Mg掺杂分布)或者通过优化电子阻挡层的设计以促进空穴注入而做出了许多努力。然而，例如由于与部件的其他部件属性(例如由于Mg扩散到有源区中而受到影响的ESD耐久性或坚固性)的相互作用，这些方法相当复杂。由于不能容易地表征——特别是V形凹坑内的——层厚度和Mg掺杂水平，所以在部件的大规模生产的再现性方面也非常复杂。

一个目的是指定具有提高的效率的部件，特别是具有改进的电荷载流子分布的V形凹坑增强部件。

该目的通过根据独立权利要求的部件来解决。部件的其他实施方式和其他发展是其他权利要求的主题。

根据部件的至少一个实施方式，该部件具有半导体层序列，半导体层序列包括有源区。有源区特别地被配置成用于生成可见、紫外或红外光谱范围内的电磁辐射。例如，有源区具有多量子阱结构，该多量子阱结构具有多个量子垒层和多个量子阱层，其中，量子垒层和量子阱层沿垂直方向交替布置。因此，在多量子阱结构内并且直到外围量子层，任何量子阱层可以夹在其两个邻接的量子垒层之间，并且任何量子垒层可以夹在其两个邻接的量子阱层之间。

垂直方向被理解成意指特别地垂直于有源区的主表面或半导体层序列的主表面的方向。特别地，垂直方向平行于部件的外延生长的半导体层序列的生长方向。横向方向被理解成意指平行于有源区的主表面或半导体层序列的主表面延伸的方向。垂直方向和横向方向彼此垂直。

有源区位于部件的p侧与n侧之间，例如位于半导体层序列的p导电(即，p侧半导体)层与n导电(即，n侧半导体)层之间。半导体层序列特别地基于III-V族化合物半导体材料。半导体层序列基于具有来自化学元素周期表的第三主族的至少一种或多种元素以及来自第五主族的至少一种或多种元素的III-V族化合物半导体材料。此外，半导体层序列也可以基于II-VI族化合物半导体材料。例如，部件是诸如发光二极管(LED)的光电部件。

根据部件的至少一个实施方式，在有源区的面向p侧的区域中(即在p侧半导体层的一侧上)形成至少一个或多个凹部。在从部件的p侧朝向n侧的方向上，凹部具有减小的截面。在截面图中，凹部例如是V形。例如，凹部具有倒棱锥、倒截棱锥、倒圆锥或倒截圆锥的形状，所述倒棱锥包括例如六边形截面和六个小平面。一个或多个凹部可以由一个或多个V形凹坑形成。半导体层序列中的这样的V形凹坑可以通过调整适当的生长参数来产生，所述生长参数例如外延工艺中的生长率、外延反应器中的温度或压力以及/或者掺杂剂和/或材料成分(例如相对于半导体层序列的各个层中的III-V族或II-VI族材料比)的类型以及浓度。

根据部件的至少一个实施方式，有源区具有基本上平行于半导体层序列的c平面延伸的主表面。特别地，有源区的主表面是c表面。c表面(即，(0001)表面)被理解成意指具有c方向(即，具有<0001>晶体取向)的晶体表面。半导体层序列可以外延地施加到衬底的前表面上，特别是生长衬底的前表面上。例如，生长衬底的前表面是c表面。如果半导体层序列的层外延地沉积在衬底的作为c表面的前表面上，则半导体层序列的相应层通常呈现<0001>取向。因此，半导体层序列的层可以具有c表面即(0001)表面作为主表面。

在部件的至少一个实施方式中，该部件具有半导体层序列，该半导体层序列包括p侧半导体层、n侧半导体层以及位于p侧半导体层与n侧半导体层之间的有源区。有源区具有多量子阱结构，该多量子阱结构包括多个量子垒层和量子阱层，其中，量子垒层和量子阱层沿垂直方向交替布置。有源区包括至少一个凹部，至少一个凹部具有倾斜地延伸至有源区的主表面的小平面，其中，凹部朝向p侧半导体层开口，并且至少在该凹部内，量子垒层是n掺杂的并且具有非恒定掺杂分布，使得在部件的操作中，带负电荷的电荷载流子的传输由于非恒定掺杂分布而从n侧半导体层朝向p侧半导体层增加。

特别地，量子垒层是n掺杂的，例如掺杂有Si。在本公开内容中，如果没有另外明确说明，掺杂剂浓度将指n-掺杂剂浓度。如果量子垒层具有高掺杂剂浓度，例如高Si-掺杂剂浓度，则与具有较低掺杂剂浓度的量子垒层的情况相比，将带负电荷的电荷载流子注入到邻接该量子垒层的量子阱层中变得不太困难。因此，与具有恒定高掺杂剂浓度的所有量子垒层的情况相比，通过从低掺杂剂浓度开始并且沿垂直方向朝向p侧半导体层逐渐增加掺杂剂浓度，带负电荷的电荷载流子被有效地减慢。从具有低掺杂剂浓度的区域移动至具有高掺杂剂浓度的区域，带负电荷的电荷载流子的传输增加。换言之，从n侧半导体层朝向p侧半导体层，带负电荷的电荷载流子由于非恒定掺杂分布而具有增加的迁移率。

因此，使用具有非恒定掺杂分布的n掺杂量子垒层，增加了靠近n侧半导体层的量子阱层中的辐射复合率，因为从p侧半导体层注入的足够量的带正电荷的电荷载流子将具有足够的时间到达靠近n侧半导体层的量子阱层，并且在光子的发射下与带负电荷的电荷载流子复合。

因此，通过使用非恒定掺杂分布而不是使用恒定掺杂分布，可以获得提高的部件效率，因为来自p侧半导体层的带正电荷的电荷载流子和来自n侧半导体层的带负电荷的电荷载流子相当均匀地分布在有源区内。在这种情况下，关于电荷载流子密度，在有源区的整个多量子阱结构中，非恒定掺杂分布使得相对较少的移动空穴与较多的移动电子之间的平衡得到改进。

根据部件的至少一个实施方式，量子垒层的掺杂剂浓度从n侧半导体层朝向p侧半导体层逐渐增加。

如果量子垒层的掺杂剂浓度逐渐增加，则不一定意指沿垂直方向、掺杂剂浓度必须以严格单调或连续的方式增加。而是，掺杂剂浓度的增加或增长可以是逐步的或不连续的(即，以跳跃方式)。此外，直到引起一些波动的一些生产公差，例如至多10％、7％、5％、3％或1％，掺杂剂浓度可以在其再次强烈增加之前略微降低，其中，此处在本公开内容中，以百分比给出的差异特别是指被减数。如果量子垒层的掺杂剂浓度逐渐增加，在根据量子垒层在有源区中的垂直位置描述掺杂剂浓度值的图中，特别是曲线拟合将增加。与掺杂剂浓度相比，曲线拟合可以以严格单调的方式增加。

与产生带负电荷的电荷载流子(电子)在整个有源区中的基本上恒定的迁移率的、具有恒定掺杂分布的量子垒层的情况相比，在具有非恒定掺杂分布的量子垒层的情况下，带负电荷的电荷载流子在不同的量子垒层中具有不同的传输属性。特别地，当电子从n侧半导体层注入到有源区中时，由于靠近n侧半导体层的量子垒层中的低掺杂剂浓度，电子首先具有低迁移率或低传输。随着距n侧半导体层的距离增加，量子垒层的掺杂剂浓度增加，从而产生电子的较高迁移率或传输。因此，在光子发射下的辐射复合可以更均匀地发生在有源区的所有量子阱层中。

根据部件的至少一个实施方式，有源区包括多个凹部，多个凹部具有倾斜地延伸至有源区的主表面的多个小平面，其中，凹部朝向p侧半导体层开口。凹部例如形成为V形凹坑。特别地，在多个凹部的每一个中，量子垒层是n掺杂的并且具有非恒定掺杂分布，例如在本公开内容中描述的任何非恒定掺杂分布。例如，直到生产公差，量子垒层在不同的凹部中具有相同的非恒定掺杂分布。

根据部件的至少一个实施方式，量子垒层被划分成多个子组。直到例如至多10％、7％、5％、3％或者至多1％的生产公差，同一子组的量子垒层可以具有相同的掺杂剂浓度。然而，不同子组的量子垒层可以具有不同的掺杂剂浓度。

例如，不同子组的掺杂剂浓度或平均掺杂剂浓度彼此相差至少3％、5％、7％、10％、15％、20％或者相差至少25％，例如在3％与35％之间(包括3％和35％)，在3％与30％之间(包括3％和30％)，在3％与25％之间(包括3％和25％)，在3％与20％之间(包括3％和20％)，在3％与15％之间(包括3％和15％)，在3％与15％之间(包括3％和15％)或者在3％与10％之间(包括3％和10％)。特别地，到n侧半导体层具有较大垂直距离的子组的量子垒层比到n侧半导体层具有较短垂直距离的子组的量子垒层具有更高的掺杂剂浓度。

例如，每个子组可以包括至少2、3、5或7个量子垒层，例如在2与10之间(包括2和10)，例如在2与5之间(包括2和5)。在一些子组中，量子垒层的数量也可以大于10，或者在一些特殊情况下正好为1。如果一个子组中的量子垒层的数量大于1，则该子组的掺杂剂浓度的增加或增长可以成组地发生，而不是针对该子组中的每个量子垒层单独地发生。

根据部件的至少一个实施方式，量子垒层的每个子组具有平均掺杂剂浓度，并且不同子组的平均掺杂剂浓度从n侧半导体层朝向p侧半导体层逐渐增加。换言之，到n侧半导体层具有较大垂直距离的子组的量子垒层的平均掺杂剂浓度大于到n侧半导体层具有的较小垂直距离的子组的量子垒层的平均掺杂剂浓度。

根据部件的至少一个实施方式，量子垒层被划分成p侧量子垒层和n侧量子垒层。直到例如至多10％、7％、5％、3％或者至多1％的生产公差，p侧量子垒层可以具有相同的掺杂剂浓度。特别地，p侧量子垒层之一具有例如在整个有源区中的所有量子垒层中最高的掺杂剂浓度。在有源区外，部件的半导体层序列可以包括垒结构，例如空穴垒结构，该垒结构可以具有较高的掺杂剂浓度。通常具有超晶格结构形式的这样的垒结构不应被视为部件的有源区内的量子垒层。p侧量子垒层位于p侧半导体层与n侧量子垒层之间，其中，所有的n侧量子垒层可以具有比p侧量子垒层更低的掺杂剂浓度。

例如，p侧量子垒层的掺杂剂浓度不反映或基本上不反映多量子阱结构中的非恒定掺杂分布，因为直到生产公差，p侧量子垒层可以被视为具有恒定掺杂分布。p侧量子垒层特别地由一组量子垒层限定，该组量子垒层具有基本上相同的掺杂剂浓度并且在所有量子垒层中距n侧半导体层最远。与p侧量子垒层相比，位于更靠近n侧半导体层的所有剩余量子垒层可以被视为n侧量子垒层。

p侧量子垒层的最高掺杂剂浓度或平均掺杂剂浓度可以形成所有量子垒层的参考掺杂剂浓度(Ref)。通过限定这样的参考掺杂剂浓度，量子垒层中的每一个的掺杂剂浓度或量子垒层的子组的平均掺杂剂浓度可以表示为与该参考掺杂剂浓度的比率。多量子阱结构的量子垒层的掺杂剂浓度可以在1E+17原子/cm³与5E+19原子/cm³之间变化，例如在5E+17原子/cm³与5E+19原子/cm³之间或者在5E+17原子/cm³与1E+19原子/cm³之间变化。p侧量子垒层的最高掺杂剂浓度或平均掺杂剂浓度(即，参考掺杂剂浓度)可以在1E+18原子/cm³与5E+19原子/cm³之间，例如在5E+18原子/cm³与5E+19原子/cm³之间或者在5E+18原子/cm³与1E+19原子/cm³之间。

根据部件的至少一个实施方式，p侧量子垒层具有形成量子垒层的参考掺杂剂浓度Ref的平均掺杂剂浓度，其中，p侧量子垒层中的每一个的掺杂剂浓度与参考掺杂剂浓度Ref相差至多10％、7％、5％、3％或者至多1％。特别地，所有n侧量子垒层的平均掺杂剂浓度在0.3Ref与0.8Ref之间(包括0.3Ref和0.8Ref)，例如在0.3Ref与0.7Ref之间(包括0.3Ref和0.7Ref)，在0.3Ref与0.6Ref之间(包括0.3Ref和0.6Ref)或者在0.3Ref与0.5Ref之间(包括0.3Ref和0.5Ref)。

根据部件的至少一个实施方式，多量子阱结构中的非恒定掺杂分布由n侧量子垒层的不同掺杂剂浓度反映。特别地，n侧量子垒层的掺杂剂浓度从n侧半导体层朝向p侧半导体层逐渐增加。直到例如至多10％、7％、5％、3％或者至多1％的生产公差，n侧量子垒层的掺杂剂浓度可以从零、0.1Ref、0.2Ref、0.3Ref增加至0.6Ref、0.7Ref、0.8Ref、0.9Ref、0.95Ref或者甚至增加至Ref。

根据部件的至少一个实施方式，n侧量子垒层的至少一个或一个第一子组具有所有量子垒层中最低的掺杂剂浓度。例如，n侧量子垒层的第一子组具有所有子组中最低的平均掺杂剂浓度。

最低掺杂剂浓度可以在0.1Ref与0.8Ref、0.2Ref与0.8Ref、0.3Ref与0.8Ref、0.4Ref与0.8Ref、0.5Ref与0.8Ref之间，或者在0.6Ref与0.8Ref之间，或者例如在0.3Ref与0.7Ref之间，或者在0.4Ref与0.6Ref之间。特别地，在所有量子垒层中，n侧量子垒层或者具有最低掺杂剂浓度的n侧量子垒层的第一子组位于最靠近n侧半导体层处。

根据部件的至少一个实施方式，多量子阱结构中的所有量子垒层的至少10％且至多90％是n侧量子垒层。在这种情况下，多量子阱结构中的非恒定掺杂分布基本上由例如量子垒层的仅10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％的掺杂剂浓度来描述。如果多量子阱结构中的非恒定掺杂分布基本上由所有量子垒层的至多70％、80％或至多90％的掺杂剂浓度来描述，则有源区中的这种非恒定掺杂分布可以被称为量子垒层中的部分“啁啾”n掺杂的情况。否则，如果多量子阱结构中的非恒定掺杂分布基本上由所有量子垒层的大于70％、80％或大于90％的掺杂剂浓度来描述，则有源区中的非恒定掺杂分布可以被称为量子垒层中完全“啁啾”n掺杂的情况。

多量子阱结构中所有量子垒层的至少10％且至多70％可以是n侧量子垒层。多量子阱结构中所有量子垒层的至少10％且至多50％或至多40％也可以是n侧量子垒层。此外，多量子阱结构中所有量子垒层的至少10％且至多30％或至多20％也可以是n侧量子垒层。

在量子垒层中的部分啁啾n掺杂的情况下，特别是已经10％或20％啁啾n掺杂的情况下，已经经由模拟和试验观察到关于位于靠近n侧半导体层的最低量子阱层中的辐射复合的显著正效应。这些效应甚至通过更高的啁啾n掺杂而增加，从而引起内部量子效率的增强，并且因此引起部件效率的增强。

根据部件的至少一个实施方式，量子垒层的掺杂剂浓度从n侧半导体层朝向p侧半导体层单独地或成组地逐渐增加，其中，不同的量子垒层或者量子垒层的不同子组具有不同的掺杂剂浓度。这种情况可以被称为在有源区的量子垒层中充分或完全“啁啾”n掺杂的情况。在这种情况下，非恒定掺杂分布由所有量子垒层描述。p侧量子垒层的数量可以减少至1，或者例如小于p侧量子垒层总数的30％、20％、10％、5％或者小于3％。

此处，特别是在充分或完全啁啾掺杂的情况下，任何两个相邻量子垒层的或者任何两个相邻子组的掺杂剂浓度可以彼此相差至少2％、3％、5％、7％、10％、15％、20％或者相差至少25％，例如在2％与35％之间(包括2％和35％)、在2％与25％之间(包括2％和25％)、在2％与20％之间(包括2％和20％)、在2％与15％之间(包括2％和15％)、在2％与10％之间(包括2％和10％)、在2％与7％之间(包括2％和7％)或者在2％与5％之间(包括2％和5％)。在啁啾掺杂的所有情况下，量子垒层的数量或者量子阱层的数量可以在5与50之间(包括5和50)、在5与40之间(包括5和40)、在5与30之间(包括5和30)，优选地在5与20之间(包括5和20)或者在5与15之间(包括5和15)。例如，量子垒层的数量或者量子阱层的数量至少是5、10、15或者至少是20。

根据部件的至少一个实施方式，同样在凹部外，量子垒层是n掺杂的并且呈现非恒定掺杂分布。特别地，凹部内的非恒定掺杂分布和凹部外的非恒定掺杂分布具有相同的趋势。直到生产公差，在一个或多个凹部内和一个或多个凹部外的量子垒层可以具有相同的非恒定掺杂分布。

根据部件的至少一个实施方式，半导体层序列或有源区基于InGaN/GaN结构。特别地，量子垒层掺杂有Si。此处，应当强调，通常地，本公开内容不是仅限于具有Si掺杂的量子垒层的InGaN/GaN结构的情况。而是，半导体层序列或者有源区可以基于另一III-V或II-VI族化合物半导体材料并且量子垒层可以具有其他适当的掺杂剂。

根据以下结合图1A至图4说明的示例性实施方式，部件的其他优点、优选实施方式以及进一步发展将变得明显。

图1A示出了具有至少一个V形凹坑的部件的示例的示意图，

图1B示出了部件的比较示例和关于不同量子阱层中的不同辐射复合率的一些实验结果的示意图，

图2A示出了部件的示例性实施方式的示意图，

图2B、图2C以及图2D示出了部件的比较示例与部件的示例性实施方式之间的一些比较的示意图，

图3示出了部件的另一示例性实施方式的示意图，以及

图4示出了关于具有恒定掺杂分布的部件与具有非恒定掺杂分布的部件之间的比较的一些数值和实验结果。

附图中相同元件、等同元件或者等同作用的元件使用相同的附图标记指示。这些附图是示意图，并且因此不一定是真实比例。出于更好阐述的目的，可以夸大地示出比较小的元件并且特别是层厚度。

图1A示出了具有载流子8的部件10，半导体层序列20布置在该载流子8上。该载流子8可以是生长衬底，在该生长衬底上，半导体层序列20已经外延生长。半导体层序列20具有布置在p侧半导体层1与n侧半导体层2之间的有源区3。特别地，有源区3被配置成用于在部件10的操作期间产生电磁辐射。

特别地，载流子8是具有作为c表面的主表面的生长衬底，在该c表面上，半导体层序列20外延生长。有源区3包括至少一个凹部4，至少一个凹部4具有倾斜延伸至有源区3的主表面30的小平面41，其中，凹部4朝向p侧半导体层1开口。有源区3可以具有多个这样的凹部4。特别地，在凹部4或多个凹部4外，有源区3具有面向p侧半导体层1的主表面30。该主表面30可以是c表面。

有源区3具有包括多个交替的量子阱层31和量子垒层32的多量子阱结构。量子阱层31的数量至少是5并且例如是在5与50之间(包括5和50)，例如在5与30之间(包括5和30)、例如13。量子阱层31和量子垒层32可以基于III-V族化合物半导体材料，例如分别基于InGaN和GaN。在部件10的操作期间，带正电的电荷载流子p(即，来自p侧半导体层1的空穴)和带负电的电荷载流子e(即，来自n侧半导体层2的方向的电子)被注入到有源区3中以产生辐射。

另一半导体层72布置在载流子8与n侧半导体层2之间。该另一半导体层72可以形成为空穴垒结构、过渡层、接触层者其组合。

p侧半导体层1布置在有源区3与顶部半导体层71之间。半导体层71可以形成为接触层或部件10的顶层。部件10可以包括电子垒结构5(图1A中未示出，然而，例如参见图1B)，该电子垒结构5例如布置在有源区3与半导体层71之间或者布置在有源区3与p侧半导体层1之间。如图1B所示，在生产公差内，电子垒结构5至少在某些位置处与一个或多个凹部的小平面41例如共形地延伸。在凹部4外，垒结构5可以具有作为其主表面的c表面。在凹部4的区域中，类似于有源区3，垒结构5具有小平面，该小平面的取向不同于c表面的取向。

在存在凹部4或多个凹部4的情况下，可以实现带正电荷的电荷载流子p被更高效地注入到有源区3中，特别是经由一个凹部4或多个凹部4的小平面41注入到各个量子阱层31中，因为p侧半导体层1延伸到凹部4或多个凹部4中，并且带正电的电荷载流子p不仅沿垂直方向而且沿横向方向被注入到不同垂直级别处的各个量子阱层31中，并且在那里与带负电的电荷载流子e复合。特别地，由于小平面41上减小的层厚度，例如与凹部41外的p侧半导体层1的其他区域相比，有效地减小了从较低(即n侧)量子阱层31至p侧半导体层1的空间距离。

然而，如图1B中示意性所示，在颜色编码的实验中，对于具有例如13个量子阱层31和具有恒定或基本上掺杂分布的量子垒层32的有源区13情况，已经发现特别是在最低的n侧量子阱层31中(特别是参见第一量子阱层31和第二量子阱层31)或者在最高的p侧量子阱层31中(特别是参见第十二量子阱层31和第十三量子阱层31)，针对不同颜色C1、C2、C3、C4和C5的辐射复合率保持为低。

特别地，在第一量子阱层31和第二量子阱层31中以及还在第三量子阱层31中，由于在MQW结构中带正电荷的电荷载流子p的不均匀分布，因此仅可以实现低的辐射复合率。更具体地，空穴浓度从中间量子阱层到靠近n侧的较深或较低的量子阱层显著降低。这是由于中间量子阱层中的非常高的辐射复合率。在第四量子阱层31至第十一量子阱层31中获得针对不同颜色的最高辐射复合率。因此，靠近n侧的最深的三个量子阱层31受到那里的低空穴浓度的影响很大。此外，靠近p侧的最高的两个量子阱层31(即，第一p侧量子阱层31p及其相邻的量子阱层31)受到MQW结构中的电荷载流子的不均匀分布的影响。这导致亮度降低，因为由所谓的俄歇(Auger)效应引起了强下降(droop)效应。由于电荷载流子分布的不均匀性，这种效应甚至更加严重。

如果量子垒层32具有如例如图2A中所示的非恒定掺杂分布DP，则可以减小上述的负面效应。

根据图2A，量子垒层32被划分成p侧量子垒层32p和n侧量子垒层32n。n侧量子垒层32n是邻接靠近n侧半导体层2的前三个量子阱层31的量子垒层32。p侧量子垒层32p是邻接第四量子阱层31至第十三量子阱层31的量子垒层32。

如图2A中所示，特别是直到例如至多10％、7％、5％、3％或1％的生产公差，p侧量子垒层32p可以具有相同的掺杂剂浓度，该掺杂剂浓度限定参考掺杂剂浓度Ref。因此，p侧量子垒层32p的掺杂率DP约为1。因此，直到生产公差，p侧量子垒层32p具有恒定掺杂分布。相比之下，n侧量子垒层32n在多量子阱结构中呈现非恒定掺杂分布DP。换言之，多量子阱结构中的非恒定掺杂分布DP由n侧量子垒层32n的不同掺杂剂浓度反映。

特别地，n侧量子垒层32n的掺杂剂浓度从n侧半导体层2朝向p侧半导体层1逐渐增加。仅作为示例，根据图2A，第一n侧量子垒层32n相对于参考掺杂剂浓度的掺杂率DR在0与0.3之间，第二n侧量子垒层32n的掺杂率DR在0.3与0.6之间，第三n侧量子垒层32n的掺杂率DR在0.6与0.9之间，并且第四n侧量子垒层32n的掺杂率DR在0.9与1之间。

特别地，邻接第一量子阱层31n的量子垒层32可以具有0.3的平均掺杂率DR。邻接第二量子阱层31的量子垒层32可以具有0.5的平均掺杂率DR，并且邻接第三量子阱层31的量子垒层32可以具有0.9的平均掺杂率DR。这样的非恒定掺杂分布可以被称为有源区3中的量子垒层32中的部分啁啾n掺杂的情况，因为大部分量子垒层32(即p侧量子垒层32p)具有基本上恒定的掺杂剂浓度。在实践中，可以使用SIMS(二次离子质谱)检测每个量子垒层32的掺杂剂浓度。

在图2B、图2C以及图2D中，示出了具有恒定掺杂分布的部件10与具有非恒定掺杂分布的部件10之间的一些比较。具有恒定掺杂分布的部件10的量子垒层32具有参考掺杂剂浓度Ref。相比之下，具有非恒定掺杂分布的部件10的量子垒层32呈现部分啁啾n掺杂分布。因此，仅量子垒层32中的一些具有不同的掺杂水平，例如对于基于InGaN/GaN的有源区3的情况具有不同的Si掺杂水平。例如，仅前三个或前四个量子垒层32具有变化的掺杂浓度。这例如在图2A中示出。

如图2B中所示，根据模拟，与具有恒定掺杂分布的参考情况相比，在部分啁啾n掺杂的情况下，电子传输在例如掺杂有啁啾Si的量子垒层32中受到阻碍。在这种情况下，带正电的电荷载流子将能够到达较深或较低的量子阱层31，并且与靠近n侧半导体层2的较低量子阱层31中的电子复合。因此，前三个量子阱层31中的辐射复合率增加，如图2B的左侧所突出的。

与图2B相比，图2C示出了有源区3中特别是有源区3的各个量子阱层QW中的在空穴浓度HC方面(即，带正电荷的电荷载流子的分布方面)的类似结果。在左侧，图2C示出了针对具有恒定掺杂分布(即，具有恒定参考掺杂剂浓度Ref)的量子垒层32的情况的空穴浓度分布。在右侧，图2C示出了针对具有例如图2A中所示的非恒定掺杂分布的量子垒层32的情况的空穴浓度分布。特别地，多量子阱结构中的空穴浓度可以在1E+18/cm³与2.5E+19/cm³之间变化。在部件10的操作期间，空穴浓度可以在前三个n侧量子阱层31中具有其最大值。

因此，从恒定掺杂分布的情况到非恒定掺杂分布的情况，前三个量子阱层31中的空穴浓度显著增加，而其余量子阱层31中的空穴浓度几乎不改变或仅稍微降低。这是由于电子减慢并且空穴被进一步推向较低的n侧量子阱层32的事实，从而引起较低的n侧量子阱层32中的较高辐射复合率。如图2D中所示，这使得根据电流I的部件10的内部量子效率IE增加。

图3中所示的部件10的示例性实施方式基本上对应于图2A中所示的部件10的示例性实施方式。与示出部分啁啾掺杂分布的图2A相比，根据图3，部件10的量子垒层32示出了完全啁啾掺杂分布。

根据图3，量子垒层32被划分成多个子组，特别是划分成四个子组。子组中的一个是p侧子组，该p侧子组包括具有参考掺杂剂浓度Ref的p侧量子垒层32p。p侧量子垒层32p邻接四个量子阱层31，即量子阱层10、11、12以及13。其他三个子组包括具有比参考掺杂剂浓度Ref低的掺杂剂浓度或平均掺杂剂浓度的n侧量子垒层32n并且可以被称为n侧子组。

第一n侧子组包括邻接前四个量子阱层31(即量子阱层1、2、3以及4)的n侧量子垒层32n，并且具有大约0.3Ref的平均掺杂剂浓度。第二n侧子组包括也邻接四个量子阱层31(即量子阱层4、5、6以及7)的n侧量子垒层32n，并且具有大约0.5Ref的平均掺杂剂浓度。第三n侧子组包括邻接四个量子阱层31(即量子阱层7、8、9以及10)的n侧量子垒层32n，并且具有大约0.7Ref的平均掺杂剂浓度。

直到例如至多10％、7％、5％、3％或者至多1％的生产公差，同一子组的量子垒层32可以具有相同的掺杂剂浓度。然而，同一子组的量子垒层32也可以具有不同的掺杂剂浓度。在右侧，图3将非恒定掺杂分布DP示出为阶梯状发展，并且将曲线拟合示出为阶梯状发展的线性拟合。

图4在左侧示出了部件10的另一示例性实施方式，该示例性实施方式基本上对应于图2A或图3中所示的部件10的示例性实施方式，但是仅针对邻接从1到10的量子阱层31的量子垒层32。类似于图3，啁啾量子垒层32被划分成多个子组，即划分成三个子组。为了比较目的，还示出了具有参考掺杂浓度Ref的恒定掺杂分布的部件10的情况。

根据部件10的该示例性实施方式，第一子组包括具有大约0.7Ref的掺杂剂浓度的量子垒层32。第二子组包括具有大约0.85Ref的掺杂剂浓度的量子垒层32。第三子组包括具有参考掺杂剂浓度Ref的量子垒层32。

在中央处，图4示出了针对两种情况(即，针对具有恒定掺杂分布的部件10的情况和针对具有非恒定掺杂分布的部件10的情况)的从1到10的不同量子阱层处的辐射复合率RR。

如图4中所示，虽然两种情况的量子阱层5和6中的辐射复合率几乎相等，但是具有非恒定掺杂分布的部件10在较低的n侧量子阱层1、2、3以及4中具有较高的辐射复合率，并且在较高的p侧量子阱层7、8、9以及10中具有较低的辐射复合率。这指示对于具有非恒定掺杂分布的部件10，带电荷的载流子分布在整个有源区3中被均匀化至较高的程度。如图4的右侧明确示出的，这引起具有非恒定掺杂分布的部件10的内部量子效率IQE增加约0.45％至0.5％。

因此，作为用于改进MQW结构中的空穴分布的一种可能性，根据本公开内容，提出了使电子传输特别是n侧量子垒层中的电子传输部分恶化，以使空穴更深地流入较低的QW中。这可以经由对有源区中的垒层进行部分或完全啁啾n掺杂量子来实现。特别地，在V形凹坑增强的InGaN/GaN LED结构的情况下，量子垒层可以使用Si进行n-掺杂以使电子通过c平面传输而不产生额外的电压。

远离恒定掺杂水平，例如远离MQW结构内的每个QB中的恒定Si掺杂水平，提出了非恒定啁啾掺杂分布。特别地，量子垒层中的掺杂水平或掺杂剂浓度将从n侧半导体层朝向p侧半导体层逐渐增加。这可以通过对量子垒层进行部分或完全啁啾掺杂来实现。因此，将有效地阻碍或减慢电子传输，特别是由于量子垒层中的啁啾Si掺杂。在这种情况下，带正电荷的电荷载流子将能够较深地传输到n侧有源区中，并且在靠近n侧半导体层的较低或较深的QW中与电子复合，从而增加部件的辐射复合率和内部量子效率。通过仿真和实验二者已经证明了这种效果。此外，已经发现，经由调整电子传输来调整空穴分布的方法比改变用于对空穴分布进行调整的p侧生长条件要灵活得多。

本发明不限于通过参照示例性实施方式对本发明进行描述的示例性实施方式。而是，本发明包括任何新特征和特征的任何组合，特别是包括权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或该组合本身没有在权利要求或示例性实施方式中明确指出。

附图标记列表

10 部件

1 p侧半导体层

2 n侧半导体层

3 有源区

30 有源区的主表面

31 量子阱层

31n 第一n侧量子阱层

31p 第一p侧量子阱层

32 量子垒层

32n n侧量子垒层

32p p侧量子垒层

4 凹部/V形凹坑

41 凹部的小平面

71 顶层/接触层

72 垒结构/过渡层/接触层

8 载流子/衬底/生长衬底

e 带负电荷的电荷载流子

p 带正电荷的电荷载流子

C1 第一颜色

C2 第二颜色

C3 第三颜色

C4 第四颜色

C5 第五颜色

RR 辐射复合率

QB 量子垒

QW 量子阱层

DP 掺杂分布

DR 相对于参考掺杂剂浓度的掺杂率

Ref 参考掺杂

Crd 啁啾掺杂

HC 带正电荷的电荷载流子的浓度，空穴浓度

I 电流

IE 内部效率

IQE 内部量子效率

Claims (16)

1.一种部件(10)，具有半导体层序列(20)，所述半导体层序列包括p侧半导体层(1)、n侧半导体层(2)以及位于所述p侧半导体层与所述n侧半导体层之间的有源区(3)，其中，

-所述有源区(3)具有多量子阱结构，所述多量子阱结构包括多个量子垒层(32)和量子阱层(31)，所述量子垒层(32)和所述量子阱层(31)沿垂直方向交替布置，

-所述有源区(3)包括至少一个凹部(4)，所述至少一个凹部具有倾斜地延伸至所述有源区(3)的主表面(30)的小平面(41)，所述凹部(4)朝向所述p侧半导体层(1)开口，并且

-至少在所述凹部(4)内，所述量子垒层(32)是n掺杂的并且具有非恒定掺杂分布(DP)，使得在所述部件(10)的操作中，带负电荷的电荷载流子的传输由于所述非恒定掺杂分布(DP)而从所述n侧半导体层(2)朝向所述p侧半导体层(1)增加。

2.根据权利要求1所述的部件，其中，

所述量子垒层(32)的掺杂剂浓度从所述n侧半导体层(2)朝向所述p侧半导体层(1)逐渐增加。

3.根据前述权利要求中任一项所述的部件，其中，

-所述有源区(3)包括多个凹部(4)，所述多个凹部具有倾斜地延伸至所述有源区(3)的主表面(30)的小平面(41)，所述凹部(4)朝向所述p侧半导体层(1)开口，并且

-在所述多个凹部(4)中的每一个中，所述量子垒层(32)是n掺杂的并且具有所述非恒定掺杂分布(DP)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的部件(10)，其中，

-所述量子垒层(32)被划分成多个子组，

-直到例如至多10％的生产公差，同一子组的量子垒层(32)具有相同的掺杂剂浓度，并且

-不同子组的量子垒层(32)具有不同的掺杂剂浓度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的部件(10)，其中，所述量子垒层(32)中的每一个子组具有平均掺杂剂浓度，并且所述不同子组的平均掺杂剂浓度从所述n侧半导体层(2)朝向所述p侧半导体层(1)逐渐增加。

6.根据前述权利要求中任一项所述的部件(10)，其中，

-所述量子垒层(32)被划分成p侧量子垒层(32p)和n侧量子垒层(32n)，

-直到例如至多10％的生产公差，所述p侧量子垒层(32p)具有相同的掺杂剂浓度，其中，所述p侧量子垒层(32p)中的一个具有所有量子垒层(32)中最高的掺杂剂浓度，

-所述p侧量子垒层(32p)位于所述p侧半导体层(1)与所述n侧量子垒层(32n)之间，并且

-所有n侧量子垒层(32n)比所述p侧量子垒层(32p)具有更低的掺杂剂浓度。

7.根据权利要求6所述的部件(10)，其中，

-所述多量子阱结构中的所述非恒定掺杂分布(DP)由所述n侧量子垒层(32n)的不同掺杂剂浓度反映，并且

-所述n侧量子垒层(32n)的掺杂剂浓度从所述n侧半导体层(2)朝向所述p侧半导体层(1)逐渐增加。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的部件(10)，其中，所述n侧量子垒层(32n)的至少一个子组或一个第一子组具有所有量子垒层(32)中最低的掺杂剂浓度。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的部件(10)，其中，所述多量子阱结构中的所有量子垒层(32)的至少10％且至多90％是n侧量子垒层(32n)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的部件(10)，其中，所述多量子阱结构中的所有量子垒层(32)的至少10％且至多70％是n侧量子垒层(32n)。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的部件(10)，其中，所述多量子阱结构中的所有量子垒层(32)的至少10％且至多50％是n侧量子垒层(32n)。

12.根据权利要求6至10中任一项所述的部件(10)，其中，所述多量子阱结构中的所有量子垒层(32)的至少10％且至多30％是n侧量子垒层(32n)。

13.根据权利要求1所述的部件(10)，其中，

-所述量子垒层(32)的掺杂剂浓度从所述n侧半导体层(2)朝向所述p侧半导体层(1)单独地逐渐增加或者成组地逐渐增加，并且

-不同量子垒层(32)或量子垒层的不同子组具有不同的掺杂剂浓度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的部件，其中，在所述凹部(4)外，所述量子垒层(32)也是n掺杂的并且呈现所述非恒定掺杂分布。

15.根据前述权利要求中任一项所述的部件(10)，其中，所述半导体层序列(20)或所述有源区(30)是基于InGaN/GaN结构。

16.根据前述权利要求中任一项所述的部件(10)，其中，所述量子垒层(32)掺杂有Si。