[發明專利]一種半導體外延結構及其發光器件

有效

• 申請號: 201210507475.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103022296A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 梅霆;王乃印;李浩;萬磊
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/04
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 頓海舟;陳業勝

技術領域

本發明涉及半導體發光器件的技術領域，特別涉及一種利用局域內建電場修整能帶結構以提高內量子效率的外延結構，本發明還涉及應用該外延結構的半導體發光器件。

背景技術

通常，半導體發光器件（semiconductor?light?emitting?device）,包括半導體激光器（semiconductor?laser?diode，其縮寫為LD）以及半導體發光二極管（semiconductor?lightemitting?diode，其縮寫為LED）。所述載流子注入區(carrier?injection?region)，包括電子注入區(electron?injection?region）和空穴注入區（hole?injection?region）。多量子阱有源區（multi-quantum?well?active?region）是由量子阱層（quantum?well）和壘層（barrier）交替疊成的周期性結構，在量子阱層中電子空穴復合產生光子。阻擋載流子的勢壘層位于多量子阱有源區和載流子注入區之間，使得該位置處的導帶或價帶具有較高勢能。

研究表明，半導體發光器件的內量子效率與如下所述幾種機理有密切的關系：俄歇復合（Auger?recombination）、載流子泄漏（carriers?leakage）、多量子阱有源區中載流子分布不均勻（nonuniform?distribution?of?carriers）、極化效應（effect?of?the?polarization?field）、結熱（junction?heating）、空穴傳輸受限（limited?hole?transport）等。但是，具體是哪種影響占優勢沒有定論。

根據以上機理，提高半導體發光器件的內量子效率的方法主要有減小載流子的泄漏，提高多量子阱有源區中載流子分布的均勻性，降低俄歇復合等。研究人員也提出了很多的改善辦法，例如：使用與氮化鎵（GaN）晶格匹配的寬帶隙材料AlInN薄層做壘層；在多量子阱有源區與電子阻擋層（electron?blocking?layer，EBL）之間插入一層p-InGaN做空穴存儲層，提高空穴的注入效率；使用寬帶隙材料AlInN代替AlGaN作電子阻擋層；使用InGaN或者GaN-InGaN-GaN或者InGaN-AlGaN-InGaN材料代替GaN材料做壘層，等等。

以上改善半導體發光器件內量子效率的方法，通常是就特定器件或者結構而言，應用具有很大的局限性；且一些方法還存在很多的問題亟待解決，例如利用寬帶隙材料AlInN薄層做多量子阱有源區的壘層，受當前外延生長水平的影響晶體質量不高，限制了器件光電性能的改善。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種提高半導體發光器件內量子效率的外延結構，通過在外延結構的特定位置引入帶邊整形層，利用其產生的局域內建電場，修整外延結構的半導體能帶的帶邊形狀，提高器件的內量子效率。

本發明的目的之二在于提供一種內量子效率提高了的半導體發光器件，通過在半導體發光器件外延結構的特定位置引入帶邊整形層，利用其產生的局域內建電場，修整能帶結構的帶邊形狀，提高器件的內量子效率。

為實現本發明的目的之一所采用的技術方案：

一種半導體發光器件的外延結構，包括電子注入區、多量子阱有源區和空穴注入區，還包括一個或多個帶邊整形層；該帶邊整形層的摻雜類型和/或摻雜濃度與其相鄰層有差異，所述摻雜類型為非摻雜、P型摻雜或N型摻雜；所述帶邊整形層通過調整其摻雜類型、摻雜濃度和/或層厚度，利用其形成的局域內建電場修整外延結構的半導體能帶的帶邊形狀；所述帶邊整形層位于電子注入區和多量子阱有源區之間，以調節多量子阱有源區的量子阱電子基態能級相對準費米能級的位置，使多量子阱有源區內的量子阱層中的載流子濃度分布變得均勻，總體俄歇復合降低；或，還包括阻擋載流子的勢壘層，該勢壘層與所述帶邊整形層共同位于空穴注入區和多量子阱有源區之間；該勢壘層的一側或兩側設有帶邊整形層時，該帶邊整形層使該勢壘層的有效勢壘高度升高，載流子泄漏減小；或，所述帶邊整形層位于多量子阱有源區內的壘層中；或，所述帶邊整形層位于電子注入區內或空穴注入區內。