[发明专利]半导体发光结构

说明书

技术领域

本发明涉及发光二级管制造领域，特别是涉及一种半导体发光结构。

背景技术

二十世纪九十年代初，以氮化物为代表的第三代宽带隙半导体材料获得了历史性突破，在氮化镓(GaN)基材料上成功地制备出绿色、蓝色和紫色发光二级管(LED)，使得LED白光照明成为可能。从1971年第一只GaN LED管芯到1994年，GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)出现了高电子迁移率的蓝光GaN基二极管，GaN半导体材料发展十分迅速，市场需求驱动力十分大，将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导，具有巨大发展空间。

GaN基半导体是通过下列化学式所表示的化合物半导体：

Al_aIn_bGa_1-a-bN，(0≤a≤1，0≤b≤1，0≤a+b≤1)，

GaN基半导体又称作III族氮化物半导体、氮化物基半导体等。其中，III族元素的一部分由B(硼)、Tl(铊)等替代的上述化学式的化合物半导体，以及其中N(氮)的一部分由P(磷)、As(砷)、Sb(锑)、Bi(铋)等替代的上述化学式的化合物半导体，也包括在GaN基半导体中。其中，例如pn结结构、双异质结构和量子阱发光层结构等的发光元件结构由GaN基半导体构成的GaN基LED能发出绿光至紫外光，并且投入到信号、显示设备等的实际使用。

现有技术中的GaN基半导体发光外延结构如图1所示，在图1中，衬底110上具有自下至上依次层叠的N-GaN层120、量子阱发光层130以及P-GaN层140，其中，量子阱发光层130由InGaN阱层131和GaN垒层132层叠形成。

在生长量子阱发光层130的过程中，InGaN阱层131通常直接在GaN垒层132上生长形成，由于InGaN和GaN之间存在晶格失配，在GaN垒层132的生长InGaN阱层131时，会使得InGaN阱层131产生位错缺陷，使得整个量子阱发光层130的发光效率降低。

因此，如何提供一种半导体发光结构，能够提高量子阱发光层的发光效率，已成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

现有技术的半导体发光结构存在发光效率降低的问题，本发明提供一种能解决上述问题的半导体发光结构。

本发明提供一种半导体发光结构，所述半导体发光结构包括：衬底以及依次形成于所述衬底一侧的第一半导体层、量子阱发光层以及第二半导体层；其中，所述第一半导体层、量子阱发光层和第二半导体层的材料均为III-V族半导体材料，所述量子阱发光层至少包括两个周期的阱层和垒层，在同一周期中，所述阱层位于靠近所述衬底的一侧；

至少一个所述垒层与相邻周期的所述阱层之间具有一第一缓冲层，所述第一缓冲层面向所述垒层的一侧接触所述垒层，所述第一缓冲层面向所述阱层的一侧接触所述阱层，其中，所述第一缓冲层的材料与所述垒层的材料的晶格失配度以及所述第一缓冲层的材料与所述阱层的材料的晶格失配度均小于所述垒层的材料与所述阱层的材料的晶格失配度。

进一步的，在所述半导体发光结构中，所述阱层的材料包括第一V族元素、第一III族元素和第二III族元素的化合物，所述垒层的材料包括第一V族元素和第一III族元素的化合物，所述第一缓冲层也为III-V族半导体材料，所述第一缓冲层的材料包括第一V族元素、第一III族元素和第二III族元素的化合物，其中，所述第一缓冲层的材料中第二III族元素的浓度低于所述阱层的材料中第二III族元素的浓度。

进一步的，在所述半导体发光结构中，所述第一缓冲层的材料中第二III族元素的浓度非均匀分布，所述第二III族元素的浓度自面向所述垒层的一侧至面向所述阱层的一侧逐渐升高。

进一步的，在所述半导体发光结构中，所述第一缓冲层包括层叠的若干第一子缓冲层，其中，所述若干第一子缓冲层的材料中所述第二III族元素的浓度自靠近所述垒层的所述第一子缓冲层至远离所述垒层的所述第一子缓冲层逐渐升高。

进一步的，在所述半导体发光结构中，所述第一III族元素为镓，所述第二III族元素为铟或铝，所述V族元素为磷、砷或氮。

进一步的，在所述半导体发光结构中，所述第一半导体层为氮化镓第一半导体层，所述第二半导体层为氮化镓第二半导体层，所述量子阱发光层为周期的氮化铟镓/氮化镓量子阱层。