[发明专利]一种半导体外延结构及其发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件的技术领域，特别涉及一种利用局域内建电场修整能带结构以提高内量子效率的外延结构，本发明还涉及应用该外延结构的半导体发光器件。

背景技术

通常，半导体发光器件（semiconductor light emitting device）,包括半导体激光器（semiconductor laser diode，其缩写为LD）以及半导体发光二极管（semiconductor lightemitting diode，其缩写为LED）。所述载流子注入区(carrier injection region)，包括电子注入区(electron injection region）和空穴注入区（hole injection region）。多量子阱有源区（multi-quantum well active region）是由量子阱层（quantum well）和垒层（barrier）交替叠成的周期性结构，在量子阱层中电子空穴复合产生光子。阻挡载流子的势垒层位于多量子阱有源区和载流子注入区之间，使得该位置处的导带或价带具有较高势能。

研究表明，半导体发光器件的内量子效率与如下所述几种机理有密切的关系：俄歇复合（Auger recombination）、载流子泄漏（carriers leakage）、多量子阱有源区中载流子分布不均匀（nonuniform distribution of carriers）、极化效应（effect of the polarization field）、结热（junction heating）、空穴传输受限（limited hole transport）等。但是，具体是哪种影响占优势没有定论。

根据以上机理，提高半导体发光器件的内量子效率的方法主要有减小载流子的泄漏，提高多量子阱有源区中载流子分布的均匀性，降低俄歇复合等。研究人员也提出了很多的改善办法，例如：使用与氮化镓（GaN）晶格匹配的宽带隙材料AlInN薄层做垒层；在多量子阱有源区与电子阻挡层（electron blocking layer，EBL）之间插入一层p-InGaN做空穴存储层，提高空穴的注入效率；使用宽带隙材料AlInN代替AlGaN作电子阻挡层；使用InGaN或者GaN-InGaN-GaN或者InGaN-AlGaN-InGaN材料代替GaN材料做垒层，等等。

以上改善半导体发光器件内量子效率的方法，通常是就特定器件或者结构而言，应用具有很大的局限性；且一些方法还存在很多的问题亟待解决，例如利用宽带隙材料AlInN薄层做多量子阱有源区的垒层，受当前外延生长水平的影响晶体质量不高，限制了器件光电性能的改善。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种提高半导体发光器件内量子效率的外延结构，通过在外延结构的特定位置引入带边整形层，利用其产生的局域内建电场，修整外延结构的半导体能带的带边形状，提高器件的内量子效率。

本发明的目的之二在于提供一种内量子效率提高了的半导体发光器件，通过在半导体发光器件外延结构的特定位置引入带边整形层，利用其产生的局域内建电场，修整能带结构的带边形状，提高器件的内量子效率。

为实现本发明的目的之一所采用的技术方案：

一种半导体发光器件的外延结构，包括电子注入区、多量子阱有源区和空穴注入区，还包括一个或多个带边整形层；该带边整形层的掺杂类型和/或掺杂浓度与其相邻层有差异，所述掺杂类型为非掺杂、P型掺杂或N型掺杂；所述带边整形层通过调整其掺杂类型、掺杂浓度和/或层厚度，利用其形成的局域内建电场修整外延结构的半导体能带的带边形状；所述带边整形层位于电子注入区和多量子阱有源区之间，以调节多量子阱有源区的量子阱电子基态能级相对准费米能级的位置，使多量子阱有源区内的量子阱层中的载流子浓度分布变得均匀，总体俄歇复合降低；或，还包括阻挡载流子的势垒层，该势垒层与所述带边整形层共同位于空穴注入区和多量子阱有源区之间；该势垒层的一侧或两侧设有带边整形层时，该带边整形层使该势垒层的有效势垒高度升高，载流子泄漏减小；或，所述带边整形层位于多量子阱有源区内的垒层中；或，所述带边整形层位于电子注入区内或空穴注入区内。