CN221282142U

CN221282142U - 一种半导体紫光紫外发光二极管

Info

Publication number: CN221282142U
Application number: CN202323094590.2U
Authority: CN
Inventors: 郑锦坚; 蓝家彬; 陈婉君; 张会康; 胡志勇; 黄军; 王星河
Original assignee: Anhui Geen Semiconductor Co ltd
Current assignee: Anhui Geen Semiconductor Co ltd
Priority date: 2023-11-16
Filing date: 2023-11-16
Publication date: 2024-07-05
Anticipated expiration: 2033-11-16

Abstract

本实用新型公开了一种半导体紫光紫外发光二极管，从下至上依次包括衬底、n型半导体、超晶格层、量子阱、p型空穴扩展层，所述p型空穴扩展层In元素分布具有函数y＝a^x‑a^‑x曲线分布；所述p型空穴扩展层Al元素分布具有函数y＝(a^x‑1)/(a^x+1)曲线分布；所述p型空穴扩展层的Mg掺杂浓度分布具有函数y＝log_b(m‑x)/(m+x)曲线分布。本实用新型提升离化空穴的横向和纵向扩展能力，增加空穴的输运与注入效率，将半导体紫外发光二极管的ESD通过率从8KV ESD通过率60％以下提升至90％以上。

Description

一种半导体紫光紫外发光二极管

技术领域

本实用新型涉及半导体光电器件的技术领域，尤其涉及一种半导体紫光紫外发光二极管。

背景技术

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，蓝光(发光波长440-460nm)和绿光(发光波长520-540nm)搭配荧光粉已逐渐取代白炽灯和荧光灯，成长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、户外显屏、Mini-LED、Mi cro-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。

紫外发光二极管(发光波长350-420nm)UVA波段可应用于3D固化、美甲固化、光疗、皮肤治疗、植物照明等应用领域。半导体紫外发光二极管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；同时，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；半导体紫外发光二极管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2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。

与传统半导体蓝光发光二极管不同，半导体紫外发光二极管因波长较短，量子阱的I n含量较低，无法在量子阱区域形成I n组分涨落的量子限制效应，导致量子阱的电子空穴局域效应较弱，进一步加剧电子空穴不匹配。

实用新型内容

本实用新型提出一种半导体紫光紫外发光二极管，提升离化空穴的横向和纵向扩展能力，增加空穴的输运与注入效率，将半导体紫外发光二极管的ESD通过率从8KV ESD通过率60％以下提升至90％以上。

本实用新型提供了一种半导体紫光紫外发光二极管，从下至上依次包括衬底、n型半导体、超晶格层、量子阱、p型空穴扩展层，

所述p型空穴扩展层I n元素分布具有函数y＝a^x-a^-x曲线分布；

所述p型空穴扩展层Al元素分布具有函数y＝(a^x-1)/(a^x+1)(a>1)曲线分布；

所述p型空穴扩展层的Mg掺杂浓度分布具有函数

y＝l og_b(m-x)/(m+x)(b>1,m>0)曲线分布，

所述p型空穴扩展层H元素分布具有三次函数y＝e*x³+f*x²+g*x+h分布，三次函数的判别式△＝4(f²-3e*g)大于0且e<0分布；

所述p型空穴扩展层O元素分布具有三次函数y＝e*x³+f*x²+g*x+h分布，三次函数的判别式△＝4(f²-3e*g)小于等于0且e<0分布；

所述p型空穴扩展层C元素分布具有四折点的非线性折线函数曲线分布。

优选地，所述p型空穴扩展层为Al GaN、Al N、I nGaN、Al I nGaN、GaN、A l I nN中的任意一种或任意几种组合，厚度为10～1000埃米。

优选地，所述p型空穴扩展层和量子阱Mg掺杂浓度分布结合具有函数y＝x²-e^x曲线分布。

优选地，所述p型空穴扩展层的Mg掺杂浓度往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为ρ：45≤ρ≤90°；所述p型空穴扩展层的H元素分布往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为ψ：40≤ψ≤85°；所述p型空穴扩展层的O元素分布往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为θ：40≤θ≤85°；所述p型空穴扩展层的Si掺杂浓度分布往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为δ：40≤δ≤85°；所述p型空穴扩展层的I n元素分布往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为υ：50≤υ≤90°；述p型空穴扩展层的C元素分布峰值位置往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为φ：40≤φ≤80°；所述p型空穴扩展层的Al元素分布往表面方向呈下降趋势，下降角度为κ：15≤κ≤70°,所述p型空穴扩展层的Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、I n元素分布、Al元素分布、C元素分布、O元素分布和H元素分布的变化角度具有如下关系：κ≤φ≤ψ≤θ≤δ≤ρ≤υ。

优选地，所述量子阱的H元素分布往超晶格层方向呈下降趋势，下降角度为α：45≤α≤90°；所述量子阱的Mg掺杂浓度分布往超晶格层方向呈下降趋势，下降角度为β：40≤β≤85°；所述超晶格层的Al元素分布往n型半导体方向呈下降趋势，下降角度为γ：35≤γ≤80°；所述超晶格层的Si掺杂浓度分布往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为30≤σ≤75°；所述量子阱和超晶格层的H元素分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布和Al元素分布的变化角度具有如下关系：σ≤γ≤β≤α。

优选地，所述p型空穴扩展层与量子阱、超晶格层的Al元素分布、I n元素分布、H元素分布、C元素分布、O元素分布、Si掺杂浓度分布、Mg掺杂浓度分布的变化角度具有如下关系：σ≤γ≤κ≤φ≤ψ≤β≤α≤θ≤δ≤ρ≤υ。

优选地，所述超晶格层为阱层和垒层组成的周期结构，周期为p：5≤p≤30；所述超晶格层阱层为GaN、I nGaN、Al I nGaN中的任意一种或任意几种组合，超晶格层阱层厚度为20～100埃米；超晶格层垒层为Al GaN、Al N、Al I nGaN、GaN中的任意一种或任意几种组合，超晶格层垒层厚度为5～60埃米；所述超晶格层的阱层厚度大于等于超晶格层的垒层厚度。

优选地，所述量子阱由阱层和垒层组成的周期结构，量子阱周期为q:3≤q≤15；阱层为I nGaN、Al I nGaN、Al I nN、GaN中的任意一种或任意几种组合，阱层厚度为50～150埃米；垒层为GaN、Al I nGaN、Al GaN、Al N中的任意一种或任意几种组合，厚度为5～200埃米；所述量子阱的垒层厚度大于等于量子阱的阱层厚度；量子阱发出波长为360～375nm的紫外光。

优选地，述n型半导体、p型空穴扩展层包括GaN、Al GaN、I nGaN、Al I nGaN、Al N、I nN、A l I nN、SiC、Ga₂O₃、BN、GaAs、GaP、I nP、Al GaAs、A l I nGaAs、A l Ga I nP、InGaAs、A l I nAs、A l I nP、A l GaP、I nGaP中的任意一种或任意几种组合。

优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、Si C、A l N、GaN、GaAs、I nP、蓝宝石/SiO₂复合衬底、蓝宝石/A l N复合衬底、蓝宝石/Si N_x、镁铝尖晶石MgA l₂O₄、MgO、ZnO、ZrB₂、LiAl O₂和Li GaO₂复合衬底中的任意一种。

相比于现有技术，本实用新型实施例提供的一种半导体紫光紫外发光二极管，其有益效果在于：本实用新型提升离化空穴的横向和纵向扩展能力，增加空穴的输运与注入效率，将半导体紫外发光二极管的ESD通过率从8KV ESD通过率60％以下提升至90％以上。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一种半导体紫光紫外发光二极管的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的一种半导体紫光紫外发光二极管的SIMS二次离子质谱图；

图3是本实用新型实施例的一种半导体紫光紫外发光二极管的SIMS二次离子质谱图(Si掺杂浓度变化角度和Mg掺杂浓度变化角度)。

附图标记：100：衬底；101：n型半导体；102：超晶格；103：量子阱，104：p型空穴扩展层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本申请实施例提供的一种半导体紫光紫外发光二极管进行详细介绍和说明。

参照图1-3，本实用新型提供的一种半导体紫光紫外发光二极管，从下至上依次包括衬底100、n型半导体101、超晶格层102、量子阱103、p型空穴扩展层104，所述p型空穴扩展层104I n元素分布具有函数y＝a^x-a^-x曲线分布；所述p型空穴扩展层104Al元素分布具有函数y＝(a^x-1)/(a^x+1)(a>1)曲线分布；所述p型空穴扩展层104的Mg掺杂浓度分布具有函数y＝l og_b(m-x)/(m+x)(b>1,m>0)曲线分布，所述p型空穴扩展层104H元素分布具有三次函数y＝e*x³+f*x²+g*x+h分布，三次函数的判别式△＝4(f²-3e*g)大于0且e<0分布；所述p型空穴扩展层104O元素分布具有三次函数y＝e*x³+f*x²+g*x+h分布，三次函数的判别式△＝4(f²-3e*g)小于等于0且e<0分布；所述p型空穴扩展层104C元素分布具有四折点的非线性折线函数曲线分布。本实用新型提升离化空穴的横向和纵向扩展能力，增加空穴的输运与注入效率，将半导体紫外发光二极管的ESD通过率从8KV ESD通过率60％以下提升至90％以上。

所述p型空穴扩展层104为Al GaN、Al N、I nGaN、Al I nGaN、GaN、Al I nN中的任意一种或任意几种组合，厚度为10～1000埃米。所述p型空穴扩展层104和量子阱103Mg掺杂浓度分布结合具有函数y＝x²-e^x曲线分布。

所述p型空穴扩展层104的Mg掺杂浓度往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为ρ：45≤ρ≤90°；所述p型空穴扩展层104的H元素分布往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为ψ：40≤ψ≤85°；所述p型空穴扩展层104的O元素分布往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为θ：40≤θ≤85°；所述p型空穴扩展层104的Si掺杂浓度分布往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为δ：40≤δ≤85°；所述p型空穴扩展层104的I n元素分布往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为υ：50≤υ≤90°；述p型空穴扩展层104的C元素分布峰值位置往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为φ：40≤φ≤80°；所述p型空穴扩展层104的A l元素分布往表面方向呈下降趋势，下降角度为κ：15≤κ≤70°,所述p型空穴扩展层104的Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、I n元素分布、A l元素分布、C元素分布、O元素分布和H元素分布的变化角度具有如下关系：κ≤φ≤ψ≤θ≤δ≤ρ≤υ。

所述量子阱103的H元素分布往超晶格层102方向呈下降趋势，下降角度为α：45≤α≤90°；所述量子阱103的Mg掺杂浓度分布往超晶格层102方向呈下降趋势，下降角度为β：40≤β≤85°；所述超晶格层102的A l元素分布往n型半导体101方向呈下降趋势，下降角度为γ：35≤γ≤80°；所述超晶格层102的S i掺杂浓度分布往量子阱103方向呈下降趋势，下降角度为30≤σ≤75°；所述量子阱103和超晶格层102的H元素分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布和A l元素分布的变化角度具有如下关系：σ≤γ≤β≤α。

对比上述下降角度，所述p型空穴扩展层104与量子阱103、超晶格层102的A l元素分布、I n元素分布、H元素分布、C元素分布、O元素分布、Si掺杂浓度分布、Mg掺杂浓度分布的变化角度具有如下关系：σ≤γ≤κ≤φ≤ψ≤β≤α≤θ≤δ≤ρ≤υ。

本实用新型中，所述超晶格层102为阱层和垒层组成的周期结构，周期为p：5≤p≤30；所述超晶格层102阱层为GaN、I nGaN、Al I nGaN中的任意一种或任意几种组合，超晶格层102阱层厚度为20～100埃米；超晶格层102垒层为Al GaN、Al N、Al I nGaN、GaN中的任意一种或任意几种组合，超晶格层102垒层厚度为5～60埃米；所述超晶格层102的阱层厚度大于等于超晶格层102的垒层厚度。所述量子阱103由阱层和垒层组成的周期结构，量子阱103周期为q:3≤q≤15；阱层为I nGaN、Al I nGaN、Al I nN、GaN中的任意一种或任意几种组合，阱层厚度为50～150埃米；垒层为GaN、Al I nGaN、Al GaN、A l N中的任意一种或任意几种组合，厚度为5～200埃米；所述量子阱103的垒层厚度大于等于量子阱103的阱层厚度；量子阱103发出波长为360～375nm的紫外光。所述n型半导体101、p型空穴扩展层104包括GaN、Al GaN、I nGaN、Al I nGaN、Al N、I nN、Al I nN、Si C、Ga₂O₃、BN、GaAs、GaP、I nP、Al GaAs、Al I nGaAs、Al GaI nP、I nGaAs、Al I nAs、Al I nP、Al GaP、I nGaP中的任意一种或任意几种组合。所述衬底100包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、Al N、GaN、GaAs、I nP、蓝宝石/SiO₂复合衬底、蓝宝石/Al N复合衬底、蓝宝石/SiN_x、镁铝尖晶石MgAl₂O₄、MgO、ZnO、ZrB₂、LiAlO₂和LiGaO₂复合衬底中的任意一种。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种半导体紫光紫外发光二极管，从下至上依次包括衬底(100)、n型半导体(101)、超晶格层(102)、量子阱(103)、p型空穴扩展层(104)，其特征在于，所述p型空穴扩展层(104)具有Mg掺杂浓度分布、Al元素分布、In元素分布、H元素分布、O元素分布和C元素分布，所述p型空穴扩展层(104)Mg掺杂浓度分布具有函数y＝log_b(m-x)/(m+x)(b>1,m>0)曲线分布。

2.根据权利要求1所述的一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述p型空穴扩展层(104)Al元素分布具有函数y＝(a^x-1)/(a^x+1)(a>1)曲线分布。

3.根据权利要求1所述的一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述p型空穴扩展层(104)In元素分布具有函数y＝a^x-a^-x曲线分布。

4.根据权利要求1所述的一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述p型空穴扩展层(104)H元素分布具有三次函数y＝e*x³+f*x²+g*x+h分布，所述p型空穴扩展层(104)O元素分布具有三次函数y＝e*x³+f*x²+g*x+h分布，所述p型空穴扩展层(104)C元素分布具有四折点的非线性折线函数曲线分布。

5.根据权利要求1所述的一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述p型空穴扩展层(104)和量子阱(103)Mg掺杂浓度分布结合具有函数y＝x²-e^x曲线分布。

6.根据权利要求1所述的一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述p型空穴扩展层(104)的Mg掺杂浓度往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为ρ：45≤ρ≤90°；所述p型空穴扩展层(104)的H元素分布往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为ψ：40≤ψ≤85°；所述p型空穴扩展层(104)的O元素分布往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为θ：40≤θ≤85°；所述p型空穴扩展层(104)的Si掺杂浓度分布往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为δ：40≤δ≤85°；所述p型空穴扩展层(104)的In元素分布往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为υ：50≤υ≤90°；述p型空穴扩展层(104)的C元素分布峰值位置往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为φ：40≤φ≤80°；所述p型空穴扩展层(104)的Al元素分布往表面方向呈下降趋势，下降角度为κ：15≤κ≤70°,所述p型空穴扩展层(104)的Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、In元素分布、Al元素分布、C元素分布、O元素分布和H元素分布的变化角度具有如下关系：κ≤φ≤ψ≤θ≤δ≤ρ≤υ。

7.根据权利要求1所述的一种半导体紫光紫外发光二极管，其特征在于，所述量子阱(103)的H元素分布往超晶格层(102)方向呈下降趋势，下降角度为α：45≤α≤90°；所述量子阱(103)的Mg掺杂浓度分布往超晶格层(102)方向呈下降趋势，下降角度为β：40≤β≤85°；所述超晶格层(102)的Al元素分布往n型半导体(101)方向呈下降趋势，下降角度为γ：35≤γ≤80°；所述超晶格层(102)的Si掺杂浓度分布往量子阱(103)方向呈下降趋势，下降角度为30≤σ≤75°；所述量子阱(103)和超晶格层(102)的H元素分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布和Al元素分布的变化角度具有如下关系：σ≤γ≤β≤α。