半导体发光元件及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体发光元件及其制备方法。

背景技术：

2.半导体发光元件具有波长范围可调范围广、发光效率高、节能环保、长寿命、尺寸小和可设计性强等优点，已经逐渐取代白炽灯和荧光灯成为普通家庭照明的光源，并广泛应用于新的场景，例如mini-led、户内高分辨率显示屏、户外显示屏、手机背光、电视背光、笔记本电脑背光、家用灯具、路灯、车灯和手电筒等领域。
3.但是，传统氮化物半导体发光元件一般使用异质外延在蓝宝石衬底上生长，蓝宝石与氮化物半导体间的晶格失配和热失配大，从而产生较高的缺陷密度和极化效应，进而产生非辐射复合和电子波函数空间分离，降低半导体发光元件的发光效率；此外，传统氮化物半导体元件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1～2个数量级以上，过量的电子无法参与辐射复合而从量子阱层中溢出至p型半导体层中，产生非辐射复合；同时，空穴离化效率低会导致p型半导体层的空穴浓度低且难以有效注入量子阱层中，导致空穴注入量子阱层的效率低。因此，上述原因导致量子阱层的电子浓度和空穴浓度差异大，电子和空穴波函数交叠几率较低，电子和空穴复合效率低，进而导致量子阱层的发光效率低。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种半导体发光元件及其制备方法，以解决半导体发光元件的发光效率低的问题。
5.为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明提供了一种半导体发光元件，
6.从下至上依次包括：衬底、n型半导体层、量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层中的mg与h的浓度比先降低再升高。
7.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层中的mg与h的浓度比。
8.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为b，且0≤b≤1。
9.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为c，且0≤c≤1。
10.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比为a，且1≤a≤50。
11.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比
为d，且1≤d≤50。
12.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第一p型半导体层中的mg浓度、第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度、第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度以及第二p型半导体层中的mg浓度先降低再升高。
13.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一p型半导体层中的mg浓度≤所述第二p型半导体层中的mg浓度。
14.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第一p型半导体层中的al浓度、第一非故意掺杂半导体层中的al浓度、第二非故意掺杂半导体层中的al浓度以及第二p型半导体层中的al浓度先降低再升高再降低最后升高。
15.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二非故意掺杂半导体层中的al浓度≤所述第二p型半导体层中的al浓度≤所述第一p型半导体层中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的al浓度。
16.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第一p型半导体层的厚度为h1，且20nm≤h1≤50nm。
17.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二p型半导体层的厚度为h2，且10nm≤h2≤50nm。
18.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第一非故意掺杂半导体层的厚度为h3，且20nm≤h3≤80nm。
19.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述第二非故意掺杂半导体层的厚度为h4，且5nm≤h4≤50nm。
20.可选的，在所述的半导体发光元件中，所述n型半导体层、量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的材质为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn和alinn中的至少一种。
21.为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明还提供了一种半导体发光元件的制备方法，包括以下步骤：
22.提供一衬底；
23.依次形成n型半导体层和量子阱层于所述衬底上；
24.依次形成第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层于所述量子阱层上，其中所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层中的mg与h的浓度比先降低再升高。
25.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层中的mg与h的浓度比。
26.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为b，且0≤b≤1。
27.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为c，且0≤c≤1。
28.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比为a，且1≤a≤50。
29.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比为d，且1≤d≤50。
30.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一p型半导体层中的mg浓度、第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度、第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度以及第二p型半导体层中的mg浓度先降低再升高。
31.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一p型半导体层中的mg浓度≤所述第二p型半导体层中的mg浓度。
32.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一p型半导体层中的al浓度、第一非故意掺杂半导体层中的al浓度、第二非故意掺杂半导体层中的al浓度以及第二p型半导体层中的al浓度先降低再升高再降低最后升高。
33.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二非故意掺杂半导体层中的al浓度≤所述第二p型半导体层中的al浓度≤所述第一p型半导体层中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的al浓度。
34.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一p型半导体层的厚度为h1，且20nm≤h1≤50nm。
35.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二p型半导体层的厚度为h2，且10nm≤h2≤50nm。
36.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一非故意掺杂半导体层的厚度为h3，且20nm≤h3≤80nm。
37.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二非故意掺杂半导体层的厚度为h4，且5nm≤h4≤50nm。
38.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述n型半导体层、量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的材质为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn和alinn中的至少一种。
39.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第一非故意掺杂半导体层的生长条件包括：压强的范围为100torr～200torr，温度范围为900℃～1000℃，且通入n2。
40.可选的，在所述的半导体发光元件的制备方法中，所述第二非故意掺杂半导体层的生长条件包括：压强200torr～600torr，温度范围为900℃～1000℃，且通入n2和h2混合气体。
41.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
42.本发明提供的半导体发光元件中设置第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层，且可以通过调控所述第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的mg与h的浓度比先降低再升高，形成u型的mg与h的浓度比梯度，而u型的mg与h的浓度比梯度通过非故意掺杂的结构层迫使空穴进行横向迁移，提升空穴横向扩展能力和空穴注入效率，从而提高发光效率和光电转换效率；通过掺杂的p型半导体层(即第一p型半导体层和第二p型半
导体层)可以提升v型缺陷的封闭能力，从而提升esd能力。
43.本发明通过综合调整第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的mg与h的浓度比、al浓度和厚度，形成u型的mg与h的浓度比梯度和w型的al浓度梯度，能够提升空穴注入效率、空穴横向扩展能力、v型缺陷的封闭能力和esd能力，最终实现半导体发光元件的峰值wpe(光电转换效率)大于70％，-8kv hbm人体模式esd通过率大于90％。
附图说明
44.图1是本发明一实施例的半导体发光元件的结构示意图；
45.图2是本发明一实施例的半导体发光元件的二次离子质谱图；
46.图3是本发明一实施例的半导体发光元件的制备方法流程图；
47.图1～图3中，
48.11-衬底，12-n型半导体层，13-量子阱层，14-第一p型半导体层，15-第一非故意掺杂半导体层，16-第二非故意掺杂半导体层，17-第二p型半导体层。
具体实施方式
49.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体发光元件及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
50.参阅图1，本发明提供了一种半导体发光元件，从下至上依次包括：衬底11、n型半导体层12、量子阱层13、第一p型半导体层14、第一非故意掺杂半导体层15、第二非故意掺杂半导体层16以及第二p型半导体层17。
51.在本实施例中，所述第一p型半导体层14和第二p型半导体层17中掺杂mg，而所述第一非故意掺杂半导体层15和第二非故意掺杂半导体层16不掺杂mg，且所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层中的mg与h的浓度比先降低再升高。进一步的，所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg与h的浓度比≤所述第二p型半导体层17中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层14中的mg与h的浓度比。再进一步的，优选所述第一p型半导体层14中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层15中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层16中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层17中的mg与h的浓度比形成u型的mg与h浓度比梯度，即所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg与h的浓度比＜所述第二p型半导体层17中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层14中的mg与h的浓度比。本实施例通过在第一p型半导体层14和第二p型半导体层17之间插入第一非故意掺杂半导体层15和第二非故意掺杂半导体层16，且形成u型的mg与h的浓度比梯度，可以提升空穴注入效率、空穴横向扩展能力、v型缺陷的封闭能力和esd能力，进而提升半导体发光元件的发光效率和光电转换效率。
52.进一步的，所述第一非故意掺杂半导体层15的mg与h的浓度比为b，且优选0≤b≤
1。所述第二非故意掺杂半导体层16的mg与h的浓度比为c，且优选0≤c≤1。所述第一p型半导体层14的mg与h的浓度比为a，且优选1≤a≤50。所述第二p型半导体层17的mg与h的浓度比为d，且优选1≤d≤50。
53.在本实施例中，所述第一p型半导体层中的mg浓度、第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度、第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度以及第二p型半导体层中的mg浓度先降低再升高。进一步的，所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg浓度≤所述第一p型半导体层14中的mg浓度≤所述第二p型半导体层17中的mg浓度。再进一步的，优选所述第一p型半导体层14中的mg浓度、第一非故意掺杂半导体层15中的mg浓度、第二非故意掺杂半导体层16中的mg浓度以及第二p型半导体层17中的mg浓度形成u型的mg浓度梯度，即所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg浓度＜所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg浓度≤所述第一p型半导体层14中的mg浓度＜所述第二p型半导体层17中的mg浓度。
54.在本实施例中，所述第一p型半导体层14可以包括两个结构层，即第一结构层和第二结构层，其中所述第一结构层靠近所述量子阱层13，所述第二结构层靠近所述第一非故意掺杂半导体层15，且所述第一结构层和第二结构层的mg浓度以及mg与h的浓度比优选相同，而所述第一结构层和第二结构层中的al浓度可以相同，也可以不相同。优选的，所述第一结构层中的al浓度≥第二结构层中的al浓度。本实施例中，所述第一p型半导体层中的al浓度、第一非故意掺杂半导体层中的al浓度、第二非故意掺杂半导体层中的al浓度以及第二p型半导体层中的al浓度先降低再升高再降低最后升高。进一步的，所述第二非故意掺杂半导体层16中的al浓度≤所述第二p型半导体层17中的al浓度≤所述第一p型半导体层14中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的al浓度。具体的，所述第二非故意掺杂半导体层16中的al浓度≤所述第二p型半导体层17中的al浓度≤第二结构层中的al浓度≤所述第一结构层中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的al浓度。更进一步的，优选所述第一结构层中的al浓度、第二结构层中的al浓度、第一非故意掺杂半导体层中的al浓度、第二非故意掺杂半导体层中的al浓度以及第二p型半导体层中的al浓度形成w型的al浓度梯度，可以提升空穴注入效率和空穴横向扩展能力。
55.本发明通过综合调整第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的mg与h的浓度比、al浓度和厚度，形成u型的mg与h的浓度比梯度和w型的al浓度梯度，能够提升空穴注入效率、空穴横向扩展能力、v型缺陷的封闭能力和esd能力，最终实现半导体发光元件的峰值wpe大于70％，-8kv hbm人体模式esd通过率大于90％。
56.参阅图2，所述半导体发光元件的各结构层中的元素组成的测量方法包括sims(二次离子质谱)分析技术。例如可以通过sims(二次离子质谱)测量出所述第二非故意掺杂半导体层16、所述第一非故意掺杂半导体层15、所述第一p型半导体层14以及所述第二p型半导体层17各自结构层中的mg、h和al的浓度。
57.本实施例中各结构层中的各组分浓度可以为各结构层中各个组分的平均浓度，也可以为各结构层中各个组分的峰值浓度。例如，所述第一p型半导体层中的mg的浓度可以为所述第一p型半导体层中的mg的平均浓度，也可以为所述第一p型半导体层中的mg的峰值浓度。
58.参阅图3，所述半导体发光元件的制备方法包括以下步骤：
59.步骤s1：提供一衬底11；
60.步骤s2：依次形成n型半导体层12和量子阱层13于所述衬底11上；
61.步骤s3：依次形成第一p型半导体层14、第一非故意掺杂半导体层15、第二非故意掺杂半导体层16以及第二p型半导体层17于所述量子阱层13上，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层中的mg与h的浓度比先降低再升高。
62.执行步骤s1，提供衬底11。作为衬底11，优选使用能够透射由量子阱层15发出的光并从衬底侧发出光的衬底，可以使用例如蓝宝石衬底或单晶aln衬底等。另外，作为衬底11，也可以使用在蓝宝石衬底的表面外延生长了未掺杂的aln结构层的aln模板衬底。为了提高光提取效率，衬底11的出光侧或其相反侧、或aln模板衬底的aln结构层的表面可以为凹凸形状。为了降低aln结构层的位错，也可以实施高温(例如1500℃以上)退火处理。
63.在所述衬底11与所述n型半导体层12之间可以设置有缓冲层，用于缓和所述衬底11与所述n型半导体层12的晶格失配。所述缓冲层的材质优选为aln，但不限于此。
64.执行步骤s2，在所述衬底11上形成n型半导体层12和量子阱层13。
65.在衬底上形成n型半导体层12，所述n型半导体层12根据需要借由所述缓冲层设置于所述衬底11上，也可以将所述n型半导体层12直接设置在所述衬底11上。所述n型半导体层12可以采用常规的n型层，其材质可以为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn以及alinn中的至少一种，但不限于此。
66.例如所述n型半导体层12可以由n-algan构成。所述n型半导体层12通过掺杂n型的掺杂剂，从而作为n型层发挥作用，所述n型掺杂剂优选为si，但不限于此。另外，所述n型半导体层12除了可以为单层结构、由多层构成的结构外，也可以采用超晶格结构。
67.在衬底11上形成n型半导体层12的步骤之后，在所述n型半导体层12上形成量子阱层13。所述量子阱层13的材质可以为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn以及alinn中的至少一种，但不限于此。
68.所述量子阱层13优选由阱层和势垒层形成的多量子阱(mqw：multiple quantumwell)结构构成。需要说明的是，多量子阱结构的情况下，发出光的层为阱层。所述量子阱层13为现有结构，在此不做赘述。
69.在所述n型半导体层12上形成量子阱层13的步骤之后，在所述量子阱层13上形成第一p型半导体层14。所述第一p型半导体层14的材质可以为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn以及alinn中的至少一种，但不限于此。进一步的，所述第一p型半导体层14的材质优选为algan、alingan、aln以及alinn中的至少一种。例如所述第一p型半导体层14的材质为algan。另外，作为掺杂至所述第一p型半导体层14中的p型掺杂剂，优选为mg。
70.所述第一p型半导体层14的mg与h的浓度比为a，且优选1≤a≤50。所述第一p型半导体层14的mg与h的浓度比处于该范围内可以提升mg的掺杂浓度，提升空穴浓度和空穴注入效率以及降低电压电阻。
71.所述第一p型半导体层14的厚度为h1，且优选20nm≤h1≤50nm。所述第一p型半导体层14的厚度处于该范围内可以使得晶体质量高，空穴总量多，且空穴注入量子阱层的也多，可以提高半导体发光元件的光电转换效率(wpe)以及发光效率。而所述第一p型半导体层14
的厚度太厚(例如80nm)可能会产生光吸收和晶体质量下降，影响wpe和esd；而所述第一p型半导体层14的厚度太薄(例如5nm)可能会导致空穴总量不足，进而导致空穴注入不足，影响wpe。
72.在本实施例中，所述第一p型半导体层14可以包括两层结构层，即第一结构层和第二结构层。所述第一结构层和第二结构层的材质可以相同，也可以不同。所述第一结构层和第二结构层的mg浓度以及mg与h的浓度比优选相同，而所述第一结构层和第二结构层中的al浓度可以相同，也可以不相同。优选的，所述第一结构层中的al浓度≥第二结构层中的al浓度。
73.本实施例可以通过sims测试获得第一p型半导体层14中的各组分的数据。例如，通过sims测试获得第一p型半导体层14中的mg、h以及al的浓度。所述第一p型半导体层14中的mg主要来源于该结构层通入的mg源，al主要来源于该结构层通入的al源，h主要来源于该结构层通入的nh3和h2。
74.在所述量子阱层13上形成第一p型半导体层14的步骤之后，在所述第一p型半导体层14上形成第一非故意掺杂半导体层15。所述第一非故意掺杂半导体层15的材质可以为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn以及alinn中的至少一种，但不限于此。进一步的，所述第一非故意掺杂半导体层15的材质优选为algan、alingan、aln以及alinn中的至少一种。例如所述第一非故意掺杂半导体层15的材质为algan。另外，所述第一非故意掺杂半导体层15不掺杂mg，即所述第一非故意掺杂半导体层15在形成的过程中不通入mg源。
75.本实施例中优选所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第二p型半导体层17中的mg与h的浓度比。进一步的，所述第一非故意掺杂半导体层15的mg与h的浓度比为b，且优选0≤b≤1。所述第一非故意掺杂半导体层15的mg与h的浓度比处于该范围内可以具有较高的空穴横向扩展能力。
76.本实施例优选所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg浓度≤所述第一p型半导体层14中的mg浓度。进一步优选所述第一非故意掺杂半导体层15中的al浓度≥所述第一p型半导体层14中的al浓度，具体的，所述第一非故意掺杂半导体层15中的al浓度≥所述第一结构层中的al浓度。
77.所述第一非故意掺杂半导体层15的厚度为c，且优选20nm≤c≤80nm。在该厚度范围内，可以使空穴容易扩散迁移和跃迁，促进空穴横向扩展，使得电阻值降低，有利于提高发光效率和wpe。所述第一非故意掺杂半导体层15的厚度太厚(例如120nm)会导致第一p型半导体层和第二p型半导体层的距离过大，空穴无法扩散迁移和跃迁，导致电阻值太大，电压变高，影响wpe；而所述第一非故意掺杂半导体层15的厚度太薄(例如5nm)可能无法起到促进空穴横向扩展的效果。
78.所述第一非故意掺杂半导体层15的生长条件包括：压强的范围优选为100torr～200torr，温度范围优选为900℃～1000℃，且通入n2。所述第一非故意掺杂半导体层15的生长过程中不通入mg源，也不通入h2，使该层的mg与h的浓度比从第一p型半导体层14的a(1≤a≤50)下降到该层最低点b(0≤b≤1)。
79.本实施例可以通过sims测试获得所述第一非故意掺杂半导体层15中的各组分的数据。例如，通过sims测试获得第一非故意掺杂半导体层15中的mg、h以及al的浓度。所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg主要来源于第一p型半导体层14的mg扩散，h主要来源于
nh3，al主要来源于该结构层通入的al源。
80.在所述第一p型半导体层14上形成第一非故意掺杂半导体层15的步骤之后，在所述第一非故意掺杂半导体层15上形成第二非故意掺杂半导体层16。所述第二非故意掺杂半导体层16的材质可以为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn以及alinn中的至少一种，但不限于此。进一步的，所述第二非故意掺杂半导体层16的材质优选为algan、alingan、aln以及alinn中的至少一种。例如所述第二非故意掺杂半导体层16的材质为algan。另外，所述第二非故意掺杂半导体层16不掺杂mg，即所述第二非故意掺杂半导体层16在生长的过程中不通入mg源。
81.由于所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg与h的浓度比＞所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg与h的浓度比时，会降低空穴横向扩展效率和空穴的纵向迁移与注入，因此本实施例中优选所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg与h的浓度比。进一步的，所述第二非故意掺杂半导体层16的mg与h的浓度比为c，且优选0≤c≤1。所述第二非故意掺杂半导体层16的mg与h的浓度比处于该范围内可以具有较高的空穴横向扩展能力。
82.本实施例优选所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg浓度。进一步优选所述第二非故意掺杂半导体层16中的al浓度≤所述第一p型半导体层14中的al浓度，具体的，所述第二非故意掺杂半导体层16中的al浓度≤所述第二结构层中的al浓度。
83.所述第二非故意掺杂半导体层16的厚度为h3，且优选5nm≤h3≤50nm。在该厚度范围内，可以使空穴容易扩散迁移和跃迁，促进空穴横向扩展，使得电阻值降低，有利于提高发光效率和wpe。所述第二非故意掺杂半导体层16的厚度太厚(例如80nm)会导致第一p型半导体层和第二p型半导体层的距离过大，空穴无法扩散迁移和跃迁，导致电阻值太大，电压变高，影响wpe；而所述第二非故意掺杂半导体层16的厚度太薄(例如1nm)可能无法起到促进空穴横向扩展的效果。
84.所述第二非故意掺杂半导体层16的生长条件包括：压强的范围优选为200torr～600torr，温度范围优选为900℃～1000℃，且通入n2和h2混合气体。所述第二非故意掺杂半导体层16的生长过程中不通入mg源，使该层的mg与h的浓度比c(0≤c≤1)向第二p型半导体层17方向逐渐增加。
85.本实施例可以通过sims测试获得所述第二非故意掺杂半导体层16中的各组分的数据。例如，通过sims测试获得第二非故意掺杂半导体层16中的mg、h以及al的浓度。所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg主要来源于第二p型半导体层17的mg扩散，h主要来源于nh3和h2，al主要来源于该结构层通入的al源。
86.在所述第一非故意掺杂半导体层15上形成第二非故意掺杂半导体层16的步骤之后，在所述第二非故意掺杂半导体层16形成第二p型半导体层17。所述第二p型半导体层17的材质可以为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn以及alinn中的至少一种，但不限于此。进一步的，所述第二非故意掺杂半导体层16的材质优选为algan、alingan、aln以及alinn中的至少一种。例如所述第二p型半导体层17的材质为algan。另外，所述第二p型半导体层17重掺杂p型掺杂剂，优选为mg。
87.由于所述第二p型半导体层17中的mg与h的浓度比＞第一p型半导体层14中的mg与
h的浓度比时，空穴浓度会比较低，量子阱层的空穴注入效率也会比较低，影响发光效率和wpe，因此本实施例中优选所述第二p型半导体层17中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层14中的mg与h的浓度比。进一步的，所述第二p型半导体层17的mg与h的浓度比为d，且优选1≤d≤50。所述第二p型半导体层17的mg与h的浓度比＜1时，可能会造成空穴浓度不足和空穴注入效率低，导致量子辐射复合效率低。
88.本实施例优选所述第二p型半导体层17中的mg浓度≥所述第一p型半导体层14中的mg浓度。在本实施例中，优选所述第二非故意掺杂半导体层16中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层15中的mg浓度≤所述第一p型半导体层14中的mg浓度≤所述第二p型半导体层17中的mg浓度，进一步优选所述第一p型半导体层14、第一非故意掺杂半导体层15、第二非故意掺杂半导体层16以及第二p型半导体层17可以形成u型的mg浓度梯度，可以进一步提升空穴横向扩展能力和空穴的注入效率。
89.进一步的，优选所述第二非故意掺杂半导体层16中的al浓度≤第二p型半导体层17中的al浓度≤所述第一p型半导体层14中的al浓度，具体的，所述第二非故意掺杂半导体层16中的al浓度≤第二p型半导体层17中的al浓度≤第二结构层中的al浓度。所述第一p型半导体层14中的al浓度高，可以阻挡量子阱的电子溢流和增强空穴注入的功能。在本实施例中，所述第二非故意掺杂半导体层中的al浓度≤所述第二p型半导体层中的al浓度≤所述第二结构层中的al浓度≤所述第一结构层中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的al浓度，优选所述第一结构层、第二结构层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层可以形成w型的al浓度梯度，可以进一步提升空穴横向扩展能力。
90.所述第二p型半导体层17的厚度为h4。在本实施例中，为了减小吸光以及将v型缺陷填平，进而减少表面缺陷，提高esd能力和发光效率，优选10nm≤h4≤50nm。所述第二p型半导体层17的厚度太厚(例如80nm)会产生吸光负面的效果，导致亮度和wpe下降，而所述第二p型半导体层17厚度太薄(例如2nm)，可能会导致无法封闭v型缺陷，产生表面不平整问题，esd性能下降，同时，该层太薄与电极或ito等接触电阻会上升，产生电压升高等问题。
91.本实施例可以通过sims测试获得所述第二p型半导体层17中的各组分的数据。例如，通过sims测试获得第二p型半导体层17中的mg、h以及al的浓度。所述第二p型半导体层17中的mg主要来源于该结构层通入的mg源，al主要来源于第二非故意掺杂半导体层16的al的扩散，h主要来源于该结构层通入的nh3和h2。
92.在本发明的半导体发光元件中，在量子阱层上设置了第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层，即在掺杂的p型半导体层之间引入非掺杂的结构层，能够提升空穴注入效率，提高半导体发光元件的发光效率和光电转换效率。而且还可以通过调控所述第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的mg与h浓度比先降低再升高，形成u型的mg与h的浓度比梯度，而u型mg与h的浓度比梯度通过非故意掺杂的结构层迫使空穴进行横向迁移，提升空穴横向扩展能力和空穴注入效率，从而提高发光效率和光电转换效率；通过掺杂的p型半导体层(即第一p型半导体层和第二p型半导体层)可以提升v型缺陷的封闭能力，从而提升esd能力。
93.本发明通过综合调整第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺
杂半导体层以及第二p型半导体层的mg与h的浓度比、al浓度和厚度，形成u型的mg与h的浓度比梯度以及w型的al浓度梯度，能够提升空穴注入效率、空穴横向扩展能力、v型缺陷的封闭能力和esd能力，最终实现半导体发光元件的峰值wpe(光电转换效率)大于70％，-8kv hbm人体模式esd通过率大于90％。
94.需要说明的是，可以通过金属有机化学气相沉积(mocvd：metal organic chemical vapor deposition)法、分子束外延(mbe：molecular beam epitaxy)法、hvpe(hydride vapor phase epitaxy，氢化物气相外延)法、等离子体辅助化学气相沉积(plasma chemical vapor deposition，pecvd)法、溅射法等公知的薄膜形成方法形成上述半导体层，例如可以通过mocvd法形成所述n型半导体层12、量子阱层13、第一p型半导体层14、第一非故意掺杂半导体层15、第二非故意掺杂半导体层16以及第二p型半导体层17。
95.此外，可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
96.而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个步骤”引述意味着对一个或多个步骤的引述，并且可能包括次级步骤。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。

技术特征：

1.一种半导体发光元件，其特征在于，从下至上依次包括：衬底、n型半导体层、量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层中的mg与h的浓度比先降低再升高。2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层中的mg与h的浓度比。3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为b，且0≤b≤1。4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为c，且0≤c≤1。5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比为a，且1≤a≤50。6.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比为d，且1≤d≤50。7.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一p型半导体层中的mg浓度、第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度、第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度以及第二p型半导体层中的mg浓度先降低再升高。8.如权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一p型半导体层中的mg浓度≤所述第二p型半导体层中的mg浓度。9.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一p型半导体层中的al浓度、第一非故意掺杂半导体层中的al浓度、第二非故意掺杂半导体层中的al浓度以及第二p型半导体层中的al浓度先降低再升高再降低最后升高。10.如权利要求9中所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的al浓度≤所述第二p型半导体层中的al浓度≤所述第一p型半导体层中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的al浓度。11.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一p型半导体层的厚度为h1，且20nm≤h1≤50nm。12.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二p型半导体层的厚度为h2，且10nm≤h2≤50nm。13.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第一非故意掺杂半导体层的厚度为h3，且20nm≤h3≤80nm。14.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层的厚度为h4，且5nm≤h4≤50nm。15.如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述n型半导体层、量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的材质为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn和alinn中的至少一种。
16.一种半导体发光元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一衬底；依次形成n型半导体层和量子阱层于所述衬底上；依次形成第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层于所述量子阱层上，其中所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比以及第二p型半导体层中的mg与h的浓度比先降低再升高。17.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比≤所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比≤第一p型半导体层中的mg与h的浓度比。18.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为b，且0≤b≤1。19.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg与h的浓度比为c，且0≤c≤1。20.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一p型半导体层中的mg与h的浓度比为a，且1≤a≤50。21.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二p型半导体层中的mg与h的浓度比为d，且1≤d≤50。22.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一p型半导体层中的mg浓度、第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度、第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度以及第二p型半导体层中的mg浓度先降低再升高。23.如权利要求22所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的mg浓度≤所述第一p型半导体层中的mg浓度≤所述第二p型半导体层中的mg浓度。24.如权利要求16中所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一p型半导体层中的al浓度、第一非故意掺杂半导体层中的al浓度、第二非故意掺杂半导体层中的al浓度以及第二p型半导体层中的al浓度先降低再升高再降低最后升高。25.如权利要求24中所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层中的al浓度≤所述第二p型半导体层中的al浓度≤所述第一p型半导体层中的al浓度≤所述第一非故意掺杂半导体层中的al浓度。26.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一p型半导体层的厚度为h1，且20nm≤h1≤50nm。27.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二p型半导体层的厚度为h2，且10nm≤h2≤50nm。28.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一非故意掺杂半导体层的厚度为h3，且20nm≤h3≤80nm。29.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层的厚度为h4，且5nm≤h4≤50nm。30.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述n型半导体层、
量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的材质为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn和alinn中的至少一种。31.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第一非故意掺杂半导体层的生长条件包括：压强的范围为100torr～200torr，温度范围为900℃～1000℃，且通入n2。32.如权利要求16所述的半导体发光元件的制备方法，其特征在于，所述第二非故意掺杂半导体层的生长条件包括：压强200torr～600torr，温度范围为900℃～1000℃，且通入n2和h2混合气体。

技术总结

本发明提供了一种半导体发光元件及其制备方法，其中所述半导体发光元件从下至上依次包括：衬底、n型半导体层、量子阱层、第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层，其中第一p型半导体层中的Mg与H的浓度比、第一非故意掺杂半导体层中的Mg与H的浓度比、第二非故意掺杂半导体层中的Mg与H的浓度比以及第二p型半导体层中的Mg与H的浓度比先降低再升高。本发明通过设置第一p型半导体层、第一非故意掺杂半导体层、第二非故意掺杂半导体层以及第二p型半导体层的Mg与H浓度比先降低再升高，能够提高半导体发光元件的发光效率以及光电转换效率。效率。效率。