一种半导体发光元件

技术领域

本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种半导体发光元件。

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，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、Micro-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。

传统氮化物半导体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，产生非辐射复合中心，降低半导体发光元件的发光效率；同时，传统氮化物半导体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；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，进而影响半导体发光元件的发光效率。传统氮化物半导体发光元件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，导致p型接触层的电阻和电压偏高。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种半导体发光元件。

本发明实施例提供了一种半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱和p型半导体层，所述p型半导体层上方设置有p型接触层，所述p型接触层具有特定设计的Al组分分布、In组分分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、C含量浓度分布、H含量浓度分布和O含量浓度分布特性。

优选地，所述p型接触层的Al组分分布呈二次函数分布，二次项系数大于0；

Si掺杂浓度分布呈指数函数分布(Y＝n

C含量浓度分布呈一次函数分布，斜率为e；

O含量浓度分布呈一次函数分布，斜率为f；

H含量浓度分布呈一次函数分布，斜率为g；

其中，斜率g＜f＜e＜0。

优选地，所述p型接触层的In组分分布呈三次函数Y＝aX

所述p型接触层的Mg掺杂浓度分布呈三次函数Y＝aX

优选地，所述p型接触层的In组分峰值位置往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为α：90°≥α≥45°；

所述H含量浓度峰值位置往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为β：85°≥β≥40°；

所述O含量浓度峰值位置往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为

所述Si掺杂浓度峰值位置往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为γ：75°≥γ≥30°；

所述C含量浓度峰值位置往量子阱方向呈下降趋势，下降角度为θ：70°≥θ≥20°；

所述Mg掺杂浓度峰值位置往量子阱方向先下降再上升，下降角度为δ:65°≥δ≥10°。

优选地，所述p型接触层的In组分、Mg掺杂浓度、Si掺杂浓度、C含量浓度、O含量浓度、H含量浓度峰值位置往量子阱方向的下降角度关系为：

优选地，所述p型接触层的Mg掺杂浓度从1E20 cm

所述Si掺杂浓度从1E19 cm

所述H含量浓度从1E20 cm

所述O含量浓度从1E19 cm

所述C含量浓度从1E18 cm

优选地，所述p型接触层为GaN、InGaN、AlInGaN、AlInN、AlN的任意一种或任意组合，所述p型接触层的厚度为5埃米至1000埃米。

优选地，所述p型接触层上方设置有透明导电层，所述透明导电层为ITO材料，所述透明导电层厚度为50埃米至5000埃米；所述透明导电层上方设置有金属电极，所述金属电极材料为Cr、Al、Ag、Ti、Ni、W、Pt、Au、Pd、Rh、Cu的任意一种或任意组合。

优选地，所述量子阱由阱层和垒层组成的周期结构，所述量子阱的周期数为m：5≤m≤20，所述量子阱的阱层厚度为p：20埃米≤p≤60埃米，所述量子阱的垒层厚度q：20埃米≤q≤150埃米。

优选地，所述n型半导体层、量子阱和p型半导体层为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN的任意一种或任意组合；

所述衬底包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、金刚石、蓝宝石/SiO

本发明的有益效果如下：本发明通过在p型半导体层上设置p型接触层，并设计该p型接触层的Al组分分布、In组分分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、C含量浓度分布、H含量浓度分布和O含量浓度分布特性，能够提升p型接触层的Mg离化效率和溶解度，提升空穴浓度，降低半导体发光元件的电阻和电压，同时，降低p型接触层与透明导电层的接触电阻和带阶，使半导体发光元件的电压从2.95V下降至2.70V左右。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的半导体发光元件的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的半导体发光元件的SIMS二次离子质谱图；

图3为图2的局部放大图。

附图标记：

100、衬底，101、n型半导体层，102、量子阱，103、p型半导体层，104、p型接触层，105、透明导电层，106、金属电极。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图3所示，本实施例提出半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底100、n型半导体层101、量子阱102和p型半导体层103。在该p型半导体上设置有p型接触层104。

具体的，本实施例中，p型接触层104设置在p型半导体上方。该p型接触层104为GaN、InGaN、AlInGaN、AlInN、AlN的任意一种或任意组合，厚度为5埃米至1000埃米。在该p型接触层104中具有特定的Al组分分布、In组分分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、C含量浓度分布、H含量浓度分布和O含量浓度分布。

更为具体的，本实施例中，p型接触层104的Al组分分布、In组分分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、C含量浓度分布、H含量浓度分布和O含量浓度分布如下所示：

Al组分分布：

该p型接触层104的Al组分分布呈二次函数分布，二次项系数大于0。

In组分分布：

该p型接触层104的In组分分布呈三次函数Y＝aX

Mg掺杂浓度分布：

该p型接触层104的Mg掺杂浓度分布呈三次函数Y＝aX

Si掺杂浓度分布：

该p型接触层104的Si掺杂浓度分布呈指数函数分布(Y＝n

C含量浓度分布：

该p型接触层104的C含量浓度分布呈一次函数分布。

O含量浓度分布：

该p型接触层104的O含量浓度分布呈一次函数分布。

H含量浓度分布：

该p型接触层104的H含量浓度分布呈一次函数分布。

其中，C含量浓度分布、O含量浓度分布和H含量浓度分布的斜率分别为e、f、g，且C含量浓度分布、O含量浓度分布和H含量浓度分布的斜率具有如下关系：g＜f＜e＜0。

进一步的，本实施例中，p型接触层104的In组分分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、C含量浓度分布、H含量浓度分布和O含量浓度分布在往量子阱102方向还具有一定的分布特性，具体如下：

In组分峰值位置往量子阱102方向呈下降趋势，下降角度为α：90°≥α≥45°；

H含量浓度峰值位置往量子阱102方向呈下降趋势，下降角度为β：85°≥β≥40°；

O含量浓度峰值位置往量子阱102方向呈下降趋势，下降角度为

Si掺杂浓度峰值位置往量子阱102方向呈下降趋势，下降角度为γ：75°≥γ≥30°；

C含量浓度峰值位置往量子阱102方向呈下降趋势，下降角度为θ：70°≥θ≥20°；

Mg掺杂浓度峰值位置往量子阱102方向先下降再上升，下降角度为δ:65°≥δ≥10°。

其中，p型接触层104的In组分、Mg掺杂浓度、Si掺杂浓度、C含量浓度、O含量浓度、H含量浓度峰值位置往量子阱102方向的下降角度具有如下关系：

同时，该p型接触层104中Mg掺杂浓度、Si掺杂浓度、H含量浓度、O含量浓度和C含量浓度的浓度变化范围如下：

Mg掺杂浓度从1E20 cm

Si掺杂浓度从1E19 cm

H含量浓度从1E20 cm

O含量浓度从1E19 cm

C含量浓度从1E18 cm

本实施例通过在p型半导体层103上设置p型接触层104，并设计该p型接触层104的Al组分分布、In组分分布、Mg掺杂浓度分布、Si掺杂浓度分布、C含量浓度分布、H含量浓度分布和O含量浓度分布特性，能够提升p型接触层104的Mg离化效率和溶解度，提升空穴浓度，降低半导体发光元件的电阻和电压，同时，降低p型接触层104与透明导电层105的接触电阻和带阶，使半导体发光元件的电压从2.95V下降至2.70V左右。

更进一步的，本实施例中，在p型接触层104上方设置有透明导电层105。该透明导电层105为ITO材料，以使p型接触层104与金属电极106之间非直接接触。该透明导电层105厚度为50埃米至5000埃米。在透明导电层105上方设置有金属电极106。该金属电极106材料为Cr、Al、Ag、Ti、Ni、W、Pt、Au、Pd、Rh、Cu的任意一种或任意组合。

量子阱102由阱层和垒层组成的周期结构，量子阱102的周期数为m：5≤m≤20，量子阱102的阱层厚度为p：20埃米≤p≤60埃米，量子阱102的垒层厚度q：20埃米≤q≤150埃米。

n型半导体层101、量子阱102和p型半导体层103为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN的任意一种或任意组合；

衬底100包括蓝宝石、硅、Ge、SiC、AlN、GaN、GaAs、InP、金刚石、蓝宝石/SiO

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。