[发明专利]包含基于InGaN的P型注入层的光电半导体结构

说明书

本发明涉及一种光电半导体结构(SC)，其包括设置在n型注入层(5)与p型注入层(7)之间的基于InGaN的有源层(6)，所述p型注入层(6)包括第一InGaN层(7a)以及设置在所述第一层(7a)上的第二层(7b)，所述第二层(7b)由多个AlGaInN元素层组成，每个元素层的厚度小于其临界弛豫厚度，两个连续元素层具有不同的铝和/或铟和/或镓成分。

技术领域

本发明涉及光电半导体结构，例如发光二极管(LED)、激光二极管或太阳能电池。本发明尤其涉及具有由InGaN制成的P型注入层的光电半导体结构。

背景技术

光电半导体结构通常由晶体半导体层的叠层形成，包括位于n型注入层与p型注入层之间的有源层。在LED结构的情况下，有源层可以由交替的阻挡层和量子阱层组成。为了允许电流均匀且密集地流过该结构，注入层必须足够厚，例如，200nm以上。

在基于InGaN的结构中，量子阱层的铟含量可以是10％的数量级以形成发出蓝色的二极管，当二极管发出绿色时，铟含量高于约20％，并且对于发出红色的二极管，铟含量高于约40％。阻挡层(barrier layer)具有比量子阱层低的铟含量。

铟含量越高，量子阱层的固有晶格参数(即，将被完全弛豫的层的固有晶格参数)就越重要。换句话说，铟含量越高，当量子阱层以特定晶格参数的生长支撑件上形成时，其压缩应变就越大。

形成光电结构的叠层中的过大的应变会导致有缺陷的结构。该应变可以明显地位于穿透位错(threading dislocation)或金字塔形缺陷(在本领域的英文文献中称为“V凹坑(V-pits)”)的起源处，该穿透位错或金字塔形缺陷形成于构成该结构的GaN或InGaN膜的表面上。这些缺陷恶化了光电结构的功能性能。

为了降低对该问题的敏感性，已知文献EP 215852或EP 215856描述了旨在在生长支撑件的InGaN的表面岛上共同形成半导体结构的制造工艺。例如，这些岛可以具有5％至7％或更高的铟浓度，并且至少部分地弛豫。

目的是在该生长支撑件上生长InGaN的n型注入层，以保持形成生长岛表面的材料的晶格参数。这减小了形成在衬底上的半导体结构的有源区域中的应力，并促进铟结合到有源层中，更一般地，提高了光电器件的效率。

然而，在这种光电半导体结构中形成p型注入层是有问题的。

当该p型注入层由GaN制成时，与其所置于的有源InGaN层的晶格参数差异会对注入层施加高应力，并可能导致裂纹。

如果p型注入层由InGaN构成，特别是铟浓度大于10％或15％，则其必须在相对较低的温度下形成，这导致材料质量差，施主的本底浓度高，使其难以达到所需的受主浓度。此外，低受主浓度增加了p型接触的电阻，使其难以实现欧姆接触。不能考虑增加掺杂剂(例如，镁)的浓度来补偿这两种现象，因为这会导致层的结晶质量的劣化。研究表明，与单个同质InGaN层中的浓度相比，超晶格形式的p型注入层的形成可以将该层的平均空穴浓度提高数倍。然而，这种超晶格对于必须很厚的p型注入层而言特别复杂且非常耗时。

发明目的

本发明旨在解决这些问题的至少一部分。特别地，本发明的目的是形成包含InGaNp型注入层的光电半导体结构，其具有令人满意的电特性和可保持的结晶特性。

发明内容

为了达到这个目标，本发明的范围提出了一种光电半导体结构，该光电半导体结构包括设置在n型注入层与p型注入层之间的基于InGaN的有源层，该p型注入层包括：厚度范围为50nm至300nm的第一InGaN层；以及设置在所述第一层上的由多个AlGaInN元素层组成的第二层，每个元素层的厚度小于其临界弛豫厚度，两个连续的元素层具有不同的铝和/或铟和/或镓成分。

根据本发明的其他有利和非限制性特性，单独地或以任何技术上可行的组合来采取：