一种光电器件结构及其制备方法

专利2025-08-11  78


本申请涉及半导体光电,尤其涉及光电器件结构及其制备方法。


背景技术:

1、近年来,algan基远紫外led具有环保、无汞、杀菌等优点,在紫外固化、空气与水净化、高密度储存,安全与保密通讯等领域具有重要商业应用价值。尤其是最近发现,远紫外波段(200-250nm)在对病原体进行杀灭时,皮肤中没有发生dna的损伤和自由基的形成,可见algan基远紫外led在消毒杀菌方面具有很高的潜在应用价值。

2、然而,相对于较成熟的蓝光及近紫外led,深/远紫外led依旧表现出较低的辐射复合效率及出光效率。

3、限制algan基远紫外led的效率的一个关键因素是,载流子电子与载流子空穴需要复合进而发光,而大电流条件下电子空穴注入不匹配,电子泄漏,部分电子不能在发光有源区内充分复合发光,而是从发光有源区泄漏到p型区。

4、对于高al组分的algan基深紫外led,空穴注入不足及电子泄露更加严重,原因在于algan中mg的激活能高,高至510-600mev,且mg的注入难,因此mg的激活的空穴少,造成p型algan的空穴浓度远远低于n型algan激活的电子,导致了大量电子从量子阱内泄露到p型区内被损耗掉。这些泄漏的电子也降低了载流子的辐射复合效率,继而限制了深/远紫外led出光效率。

5、为降低电子泄露,科研学者一般会引入禁带宽度较大的p型高al组分algan,作为一层p型电子阻挡层,插入在有源区及p型区域中间。

6、然而,p型电子阻挡层设计很容易阻挡空穴的注入,阻碍了载流子电子与载流子空穴的复合,导致出光效率较低。

7、因此,如何提高出光效率,是本申请要解决的技术问题。


技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种光电器件结构和一种光电器件结构制作方法,以提高led的出光效率。

2、为实现上述目的,本申请实施例采取了如下技术方案。

3、第一方面,本申请实施例提供一种光电器件结构,所述光电器件结构包括逐层连接的衬底、缓冲层、n型半导体层、发光有源区、p型半导体层和接触层;

4、所述发光有源区包括多个量子阱层和多个量子垒层,所述量子阱层与所述量子垒层交替设置,所述发光有源区中,第一层与所述n型半导体层接触,最后一层与所述p型半导体层接触,且最后一层为量子垒层。所述发光有源区中的第一层可以是量子垒层,也可以是量子阱层。

5、相对于现有技术,本申请具有以下有益效果:

6、本申请实施例提供的光电器件结构,取消了传统方案中的电子阻挡层,让量子垒层直接作为发光有源区的最后一层,而且让量子垒层直接接触p型半导体层,量子垒层不会对阻挡空穴的形成很强的阻挡作用,同时又能起到对电子的阻挡作用,促进载流子电子与载流子空穴的有效复合,提高了出光效率。

7、可选地,所述量子阱层的材料为alxga1-xn,所述量子垒层的材料为alyga1-y n,0.5≤x<y≤1。

8、用铝掺杂的氮化镓作为量子阱层和量子垒层,容易实现,成本可控。

9、可选地,所述发光有源区的最后一层的铝组分大于其他所述量子垒层的铝组分。

10、可选地,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上恒定分布。

11、可选地,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈线性或非线性变化。

12、可选地,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈线性变化,先递增,再不变,后递减,呈梯形。

13、可选地,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈线性变化,先递增,后递减,呈三角形。

14、可选地,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈二级阶梯状。

15、可选地,所述量子阱层或所述量子垒层的数量大于等于2且小于等于20。

16、量子阱层和量子垒层有足够的层数,能够保障发光效果。

17、第二方面,本申请实施例提供一种光电器件结构制作方法,所述光电器件结构制作方法用于制作第一方面的光电器件结构,所述光电器件结构制作方法包括:

18、提供衬底;

19、沿所述衬底的表面依次生长缓冲层、n型半导体层、发光有源区、p型半导体层和接触层;所述发光有源区包括多个量子阱层和多个量子垒层,所述量子阱层与所述量子垒层交替设置,所述发光有源区中,第一层与所述n型半导体层接触,最后一层与所述p型半导体层接触,且最后一层为量子垒层。

20、由此光电器件结构制作方法可以制作出第一方面的光电器件结构,实现第一方面的光电器件结构的有益效果。此光电器件结构制作方法的可选的实施方式与第一方面的可选的实施方式一致。



技术特征:

1.一种光电器件结构,其特征在于,所述光电器件结构包括逐层连接的衬底、缓冲层、n型半导体层、发光有源区、p型半导体层和接触层;

2.如权利要求1所述的光电器件结构,其特征在于,所述量子阱层的材料为alxga1-xn,所述量子垒层的材料为alyga1-y n,0.5≤x<y≤1。

3.如权利要求2所述的光电器件结构,其特征在于,所述发光有源区的最后一层的铝组分大于其他所述量子垒层的铝组分。

4.如权利要求2所述的光电器件结构,其特征在于,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上恒定分布。

5.如权利要求2所述的光电器件结构,其特征在于,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈线性或非线性变化。

6.如权利要求5所述的光电器件结构,其特征在于,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈线性变化,先递增,再不变,后递减,呈梯形。

7.如权利要求5所述的光电器件结构,其特征在于,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈线性变化,先递增,后递减,呈三角形。

8.如权利要求2所述的光电器件结构,其特征在于,所述发光有源区的最后一层的铝组分在生长方向上呈二级阶梯状。

9.如权利要求1所述的光电器件结构,其特征在于,所述量子阱层或所述量子垒层的数量大于等于2且小于等于20。

10.一种光电器件结构制作方法,其特征在于,所述光电器件结构制作方法用于制作权利要求1至9任意一项所述的光电器件结构,所述光电器件结构制作方法包括:


技术总结
本申请实施例提供一种光电器件结构及其制作方法,涉及半导体光电技术领域。光电器件结构包括逐层连接的衬底、缓冲层、n型半导体层、发光有源区、p型半导体层和接触层;发光有源区包括多个量子阱层和多个量子垒层,量子阱层与量子垒层交替设置,发光有源区中,第一层与n型半导体层接触,最后一层与p型半导体层接触,且最后一层为量子垒层。因为取消了传统方案中的电子阻挡层,所以不会对阻挡空穴的形成很强的阻挡作用,同时又能起到对电子的阻挡作用,促进载流子电子与载流子空穴的有效复合,提高了出光效率。

技术研发人员:王巧,许平,林丹,陈子豪,杨海铭
受保护的技术使用者:广东省科学院半导体研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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