【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有电流三维扩展层的半导体发光元件。
技术介绍
1、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。
2、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，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1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。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题之一，本专利技术提供了一种具有电流三维扩展层的半导体发光元件。
2、本专利技术实施例提供了一种具有电流三维扩展层的半导体发光元件，
3、优选地，所述电流三维扩展层包括从下至上依次设置的第一子电流三维扩展层、第二子电流三维扩展层、第三子电流三维扩展层、第四子电流三维扩展层和第五子电流三维扩展层，所述第一子电流三维扩展层、第二子电流三维扩展层、第三子电流三维扩展层、第四子电流三维扩展层和第五子电流三维扩展层中均具有si/o元素比例分布特性、si/h元素比例分布特性和c/o元素比例分布特性。
4、优选地，所述第一子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有函数y＝lnx/x曲线分布，所述第一子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有函数y＝lnx/ex曲线分布，所述第一子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
5、优选地，所述第二子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第二子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第二子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
6、优选地，所述第三子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有函数y＝ax2+bx+c(a＜0)曲线分布，所述第三子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有函数y＝exsinx曲线分布，所述第三子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有函数y＝ex3+fx2+gx+h(e＜0,△＝4(f2-3eg)≤0)曲线分布。
7、优选地，所述第四子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第四子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第四子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
8、优选地，所述第五子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有函数y＝ix2+jx+k(i＜0)曲线分布，所述第五子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有函数y＝ln(x+1)-ex曲线分布，所述第五子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有y＝rx3+sx2+tx+u(r＞0,△＝4(s2-3rt)＞0)曲线分布。
9、优选地，所述电流三维扩展层为gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，所述电流三维扩展层的厚度为5埃米至50000埃米。
10、优选地，所述量子阱层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为1至50，所述量子阱层为gan、ingan、inn、alinn、aln、alingan、algan、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，所述量子阱层的阱层厚度为5埃米至200埃米，垒层厚度为10埃米至500埃米。
11、优选地，所述n型半导体层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，所述n型半导体层的厚度为50埃米至90000埃米；
12、所述p型半导体层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn、sic、ga2o3、bn、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、alinas、alinp、algap、ingap的任意一种或任意组合，所述p型半导体层的厚度为10埃米至80000埃米；
13、所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。
14、本专利技术的有益效果如下：本专利技术在半导体发光元件的n型半导体层与量子阱层之间设置电流三维扩展层，形成电流三维扩展结构，并在该电流三维扩展层中设计si/o元素比例分布特性、si/h元素比例分布特性和c/o元素比例分布特性，从而调控电流的三维扩展和注入量子阱的浓度与速率，调控量子阱中电子和空穴波函数的重叠几率，提升辐射复合效率，降低电流溢出量子阱的几率，从而提升外量子效率和改善大电流注入下的效率衰减，外量子效率eqe从40～60％提升至60～90％，效率衰减从40～60％下降至10～30％。
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1.一种具有电流三维扩展层的半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱层和p型半导体层，其特征在于，所述n型半导体层与所述量子阱层之间设置有电流三维扩展层，所述电流三维扩展层中具有Si/O元素比例分布特性、Si/H元素比例分布特性和C/O元素比例分布特性。
2.根据权利要求1所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述电流三维扩展层包括从下至上依次设置的第一子电流三维扩展层、第二子电流三维扩展层、第三子电流三维扩展层、第四子电流三维扩展层和第五子电流三维扩展层，所述第一子电流三维扩展层、第二子电流三维扩展层、第三子电流三维扩展层、第四子电流三维扩展层和第五子电流三维扩展层中均具有Si/O元素比例分布特性、Si/H元素比例分布特性和C/O元素比例分布特性。
3.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子电流三维扩展层的Si/O元素比例分布具有函数y＝lnx/x曲线分布，所述第一子电流三维扩展层的Si/H元素比例分布具有函数y＝lnx/ex曲线分布，所述第一子电流三维扩展层的C/O元素比例
4.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第二子电流三维扩展层的Si/O元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第二子电流三维扩展层的Si/H元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第二子电流三维扩展层的C/O元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
5.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第三子电流三维扩展层的Si/O元素比例分布具有函数y＝ax2+bx+c(a＜0)曲线分布，所述第三子电流三维扩展层的Si/H元素比例分布具有函数y＝exsinx曲线分布，所述第三子电流三维扩展层的C/O元素比例分布具有函数y＝ex3+fx2+gx+h(e＜0,△＝4(f2-3eg)≤0)曲线分布。
6.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第四子电流三维扩展层的Si/O元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第四子电流三维扩展层的Si/H元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第四子电流三维扩展层的C/O元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
7.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第五子电流三维扩展层的Si/O元素比例分布具有函数y＝ix2+jx+k(i＜0)曲线分布，所述第五子电流三维扩展层的Si/H元素比例分布具有函数y＝ln(x+1)-ex曲线分布，所述第五子电流三维扩展层的C/O元素比例分布具有y＝rx3+sx2+tx+u(r＞0,△＝4(s2-3rt)＞0)曲线分布。
8.根据权利要求1所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述电流三维扩展层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlN、AlInGaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，所述电流三维扩展层的厚度为5埃米至50000埃米。
9.根据权利要求1所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述量子阱层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为1至50，所述量子阱层为GaN、InGaN、InN、AlInN、AlN、AlInGaN、AlGaN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP、SiC、Ga2O3、BN的任意一种或任意组合，所述量子阱层的阱层厚度为5埃米至200埃米，垒层厚度为10埃米至500埃米。
10.根据权利要求1所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述n型半导体层为GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN、AlN、InN、AlInN、SiC、Ga2O3、BN、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、AlInGaAs、AlGaInP、InGaAs、AlInAs、AlInP、AlGaP、InGaP的任意一种或任意组合，所述n型半导体层的厚度为50埃米至90000埃米；
...【技术特征摘要】
1.一种具有电流三维扩展层的半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱层和p型半导体层，其特征在于，所述n型半导体层与所述量子阱层之间设置有电流三维扩展层，所述电流三维扩展层中具有si/o元素比例分布特性、si/h元素比例分布特性和c/o元素比例分布特性。
2.根据权利要求1所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述电流三维扩展层包括从下至上依次设置的第一子电流三维扩展层、第二子电流三维扩展层、第三子电流三维扩展层、第四子电流三维扩展层和第五子电流三维扩展层，所述第一子电流三维扩展层、第二子电流三维扩展层、第三子电流三维扩展层、第四子电流三维扩展层和第五子电流三维扩展层中均具有si/o元素比例分布特性、si/h元素比例分布特性和c/o元素比例分布特性。
3.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有函数y＝lnx/x曲线分布，所述第一子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有函数y＝lnx/ex曲线分布，所述第一子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
4.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第二子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第二子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布，所述第二子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有常数函数或线性函数曲线分布。
5.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第三子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有函数y＝ax2+bx+c(a＜0)曲线分布，所述第三子电流三维扩展层的si/h元素比例分布具有函数y＝exsinx曲线分布，所述第三子电流三维扩展层的c/o元素比例分布具有函数y＝ex3+fx2+gx+h(e＜0,△＝4(f2-3eg)≤0)曲线分布。
6.根据权利要求2所述的具有电流三维扩展层的半导体发光元件，其特征在于，所述第四子电流三维扩展层的si/o元素比例分布具有常数函数或线性...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，邓和清，寻飞林，李水清，张江勇，曹军，陈婉君，蔡鑫，胡志勇，
申请(专利权)人：安徽格恩半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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