CN213716927U - 一种半导体发光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体发光器件，包括：依次自下而上依次层叠设置的衬底、第一缓冲层、n型氮氧化物半导体层、第二缓冲层、发光层、p型氮氧化物半导体层、电流扩散及空穴注入层；n型电极，设置在所述n型氮氧化物半导体层上；p型电极，设置在所述电流扩散及空穴注入层上；其中，所述发光层具有AlGaInN量子阱结构，所述电流扩散及空穴注入层为n型杂质及p型杂质一同掺杂的ZnO层。本实用新型的半导体发光器件，在n型氮化物半导体层和发光层之间设置有第二缓冲层，可减小发光层的穿透位错密度，降低发光层的残余应变。

Description

一种半导体发光器件

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，具体涉及一种半导体发光器件。

背景技术

半导体发光器件利用于LCD背光、照明、显示器等各种领域，且作为“LED”广为人知。当给半导体施加顺向偏置电压时，发射出与传导带和价电子带的能隙相当的波带的光，半导体发光器件利用这种现象进行发光。这种半导体发光器件对量子效率、光子提取效率、封装、可靠性等各项设计指标的要求高。在这些指标中，尤其电极与半导体层之间的电流的扩散和空穴的注入在设计上是重要的指标。

近年来，包含V族元素中的氮的氮化物半导体已经在半导体发光器件例如发光二极管和采用p-n结的激光二极管的领域中受到关注，并且在很多地方进行了研究和开发。氮化物半导体受到关注的原因是氮化物半导体(包括AlN、GaN和InN)是直接跃迁(directtransition)半导体，并且在三元混晶和四元混晶中，可以通过适当地设置组成来改变带隙，从而发射从红外直至深紫外的光。

然而，在使用氮化物半导体制造半导体发光器件中，因为难以制造由氮化物半导体制成并具有高品质和大面积的用于外延生长的衬底，所以必需使用例如蓝宝石和碳化硅衬底作为用于外延生长的衬底。然而，在这样的情况下，产生异质外延生长，难以生长具有平坦表面的氮化物半导体薄膜。因此，在氮化物半导体膜中的穿透位错(threadingdislocation)密度高达109- 10¹¹cm^-2。因为穿透位错导致半导体发光器件的内部量子效率的降低。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种半导体发光器件。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种半导体发光器件，包括：依次自下而上依次层叠设置的衬底、第一缓冲层、n型氮化物半导体层、第二缓冲层、发光层、p 型氮化物半导体层、电流扩散及空穴注入层；

n型电极，设置在所述n型氮化物半导体层上；

p型电极，设置在所述电流扩散及空穴注入层上；

其中，所述发光层具有AlGaInN量子阱结构，所述电流扩散及空穴注入层为n型杂质及p型杂质一同掺杂的ZnO层。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一缓冲层由单晶AlN层形成。

在本实用新型的一个实施例中，所述n型氮化物半导体层由AlGaN层形成。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二缓冲层与所述发光层的未掺杂势垒层具有相同的组成。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一缓冲层和所述第二缓冲层具有不同的晶格常数。

在本实用新型的一个实施例中，所述p型氮化物半导体层的表面上设置有用于提高光输出效率的凹凸结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述发光层为多量子阱结构或单量子阱结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型的半导体发光器件，在n型氮化物半导体层和发光层之间设置有第二缓冲层，可减小发光层的穿透位错密度，降低发光层的残余应变；

2.本实用新型的半导体发光器件，由于第二缓冲层具有与发光层的势垒层相同的组成，一方面，在制造中可对第二缓冲层和发光层的势垒层采用相同的生长温度，可在第二缓冲层上继续生长发光层的势垒层而不中断生长，另一方面，可以提高第二缓冲层和发光层之间的界面品质，从而提高从具有AlGaInN量子阱结构的发光层发射的紫外辐射的发射强度，提高电流注入发射光谱的强度；

3.本实用新型的半导体发光器件，设置有电流扩散及空穴注入层，其为n型杂质及p型杂质一同掺杂的ZnO层，既能够改善电极与半导体层之间的电流的流动并使得扩散更加均匀又能够提高空穴的注入，因而能够提高半导体发光器件的效率。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种半导体发光器件的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种发光层的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种半导体发光器件的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的一种半导体发光器件进行详细说明。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。

实施例一

请参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种半导体发光器件的结构示意图。如图所示，本实施例的半导体发光器件，包括：依次自下而上依次层叠设置的衬底1、第一缓冲层2、n型氮化物半导体层3、第二缓冲层 4、发光层5、p型氮化物半导体层6和电流扩散及空穴注入层7；n型电极 8，设置在n型氮化物半导体层3上；p型电极9，设置在电流扩散及空穴注入层7上。

在本实施例中，衬底1为蓝宝石衬底。第一缓冲层2和第二缓冲层4具有不同的晶格常数。

在本实施例中，第一缓冲层2由单晶AlN层形成，用于减小n型氮化物半导体层3的穿透位错密度，降低n型氮化物半导体层3在发光层中产生的残余应变，可选地，单晶AlN层的厚度为0.5μm。

进一步地，n型氮化物半导体层3由AlGaN层形成。可选地，n型氮化物半导体层3包括在第一缓冲层2上形成的由n型Al_0.35Ga_0.65N层构成的第一n型AlGaN层和在第一n型AlGaN层上形成的由n型Al_0.2Ga_0.8N层构成的第二n型AlGaN层。通过改变相对比例使得其晶格常数从第一缓冲层2的晶格常数向与第一缓冲层2间隔一定距离的第二缓冲层4的晶格常数接近。

进一步地，第二缓冲层4与发光层5的未掺杂势垒层具有相同的组成，第二缓冲层4用于减少发光层5的穿透位错密度，降低发光层5的残余应变。在本实施例中，第二缓冲层4为厚度为50nm的Al_0.30Ga_0.64In_0.06N层。

进一步地，发光层5具有AlGaInN量子阱结构，可选地，为多量子阱结构或单量子阱结构。请参见图2，图2是本实用新型实施例提供的一种发光层的结构示意图，本实施例的发光层5为多量子阱结构，如图所示，势垒层5a为厚度为10nm的Al_0.30Ga_0.64In_0.06N层，阱层5b为厚度为2nm的 Al_0.15Ga_0.79In_0.06N层，在本实施例中，发光层5具有在厚度方向排列的两个阱层5b的多量子阱结构，但是阱层5b的数目没有特别的限制，例如可采用具有一个阱层5b的单量子阱结构，需要说明的是，不特别限定各个势垒层5a和阱层5b的膜厚度。

在本实施例中，p型氮化物半导体层6包括在发光层5上形成的由p型 Al_0.3Ga_0.7N层构成的第一p型AlGaN层、在第一p型AlGaN层上形成的由 p型Al_0.2Ga_0.8N层构成的第二p型AlGaN层和在第二p型AlGaN层上形成的p型GaN层。在p型氮化物半导体层6中，第一p型AlGaN层的厚度为20nm，第二p型AlGaN层的厚度为300nm，并且p型GaN层的厚度为 50nm。

本本实施例的半导体发光器件，在n型氮化物半导体层3和发光层5 之间设置有第二缓冲层4，可减小发光层5的穿透位错密度，降低发光层5 的残余应变。另外，由于第二缓冲层4具有与发光层5的势垒层相同的组成，一方面，在制造中可对第二缓冲层4和发光层5的势垒层采用相同的生长温度，可在第二缓冲层4上继续生长发光层5的势垒层而不中断生长，另一方面，可以提高第二缓冲层4和发光层5之间的界面品质，从而提高从具有AlGaInN量子阱结构的发光层5发射的紫外辐射的发射强度，提高电流注入发射光谱的强度。

进一步地，电流扩散及空穴注入层7为n型杂质及p型杂质一同掺杂的ZnO层。电流扩散及空穴注入层207的n型杂质提供电子，而p型杂质提供空穴。由此，电流扩散及空穴注入层207进一步使p型电极9与氮化物半导体层6之间的电流的扩散顺利进行。在本实施例中，n型杂质可以是Ga等第三主族元素，p型杂质可以是As等第五主族元素。

本实施例的半导体发光器件，设置有电流扩散及空穴注入层7，其为n 型杂质及p型杂质一同掺杂的ZnO层，既能够改善电极与半导体层之间的电流的流动并使得扩散更加均匀又能够提高空穴的注入，因而能够提高半导体发光器件的效率。

进一步地，请参见图3，图3是本实用新型实施例提供的另一种半导体发光器件的结构示意图，如图所示，在本实施例中，半导体发光器件和上述实施相比，其不同在于p型氮化物半导体层6的表面上设置有用于提高光输出效率的凹凸结构，p型氮化物半导体层6包括在发光层5上形成的由p 型Al_0.3Ga_0.7N层构成的第一p型AlGaN层、在第一p型AlGaN层上形成的由p型Al_0.2Ga_0.8N层构成的第二p型AlGaN层和在第二p型AlGaN层上形成的p型In_0.05Ga_0.95N层。其余组成与上述实施方案类似，在此不再赘述。

需要说明地是，形成用于提高光输出效率的凸凹结构的区域不限于在p型氮化物半导体层6的表面，结构也不仅限于图3中所示的结构。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种半导体发光器件，其特征在于，包括：依次自下而上依次层叠设置的衬底(1)、第一缓冲层(2)、n型氮化物半导体层(3)、第二缓冲层(4)、发光层(5)、p型氮化物半导体层(6)和电流扩散及空穴注入层(7)；

n型电极(8)，设置在所述n型氮化物半导体层(3)上；

p型电极(9)，设置在所述电流扩散及空穴注入层(7)上；

其中，所述发光层(5)具有AlGaInN量子阱结构，所述电流扩散及空穴注入层(7)为n型杂质及p型杂质一同掺杂的ZnO层。

2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述第一缓冲层(2)由单晶AlN层形成。

3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述n型氮化物半导体层(3)由AlGaN层形成。

4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述第二缓冲层(4)与所述发光层(5)的未掺杂势垒层具有相同的组成。

5.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述第一缓冲层(2)和所述第二缓冲层(4)具有不同的晶格常数。

6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述p型氮化物半导体层(6)的表面上设置有用于提高光输出效率的凹凸结构。

7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述发光层(5)为多量子阱结构或单量子阱结构。

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