本技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件。
背景技术：
1、半导体元件特别是半导体发光元件具有可调范围广泛的波长范围，发光效率高，节能环保，可使用超过10万小时的长寿命、尺寸小、应用场景多、可设计性强等因素，已逐渐取代白炽灯和荧光灯，成长普通家庭照明的光源，并广泛应用新的场景，如户内高分辨率显示屏、户外显屏、mini-led、micro-led、手机电视背光、背光照明、路灯、汽车大灯、车日行灯、车内氛围灯、手电筒等应用领域。
2、传统氮化物半导体使用蓝宝石衬底生长，晶格失配和热失配大，导致较高的缺陷密度和极化效应，降低半导体发光元件的发光效率；同时，传统氮化物半导体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个数量级以上，过量的电子会从多量子阱溢出至第二导电型半导体产生非辐射复合，空穴离化效率低会导致第二导电型半导体的空穴难以有效注入多量子阱中，空穴注入多量子阱的效率低，导致多量子阱的发光效率低；氮化物半导体结构具有非中心对称性，沿c轴方向会产生较强的自发极化，叠加晶格失配的压电极化效应，形成本征极化场；该本征极化场沿(001)方向，使多量子阱层产生较强的量子限制stark效应，引起能带倾斜和电子空穴波函数空间分离，降低电子空穴的辐射复合效率；半导体发光元件的折射率、介电常数等参数大于空气，导致量子阱发出的光出射时的全反射角偏小，光提取效率偏低。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件。
2、本发明实施例提供了一种具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体、有源层和p型半导体，所述n型半导体与有源层之间设置有热态冷态比例调控层，所述热态冷态比例调控层包括从下至上依次设置的第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层，所述第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层中均具有峰值速率电场变化趋势和重空穴有效质量变化趋势。
3、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为α，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场的峰值位置往有源层方向的下降角度为β，所述第二子热态冷态比例调控层的峰值速率电场的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为γ，所述第三子热态冷态比例调控层的峰值速率电场的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为θ，其中：10°≤γ≤β≤α≤θ≤90°，角度为沿曲线的切线倾斜角。
4、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层的重空穴有效质量的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为δ，所述第一子热态冷态比例调控层的重空穴有效质量的峰值位置往有源层方向的下降角度为σ，所述第二子热态冷态比例调控层的重空穴有效质量的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为所述第三子热态冷态比例调控层的重空穴有效质量的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ψ，其中：
5、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层中还具有横向声速变化趋势，所述第一子热态冷态比例调控层的横向声速的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为μ，所述第一子热态冷态比例调控层的横向声速的峰值位置往有源层方向的下降角度为υ，所述第二子热态冷态比例调控层的横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ρ，所述第三子热态冷态比例调控层的横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ω，其中：3°≤ρ≤υ≤μ≤ω≤90°。
6、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层中还具有饱和电子漂移速率变化趋势，所述第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ε，所述第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往有源层方向的上升角度为η，所述第二子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为κ，所述第三子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为ζ，其中：5°≤κ≤η≤ε≤ζ≤90°。
7、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往n型半导体方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度具有如下关系：3°≤μ≤ε≤δ≤α≤90°。
8、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往有源层方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往有源层方向的上升角度具有如下关系：3°≤υ≤η≤σ≤β≤90°。
9、优选地，所述第二子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度以及所述第二子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度具有如下关系：
10、优选地，所述第三子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度以及所述第三子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度具有如下关系：3°≤ω≤ζ≤ψ≤θ≤90°。
11、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往n型半导体方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往有源层方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往有源层方向的上升角度，所述第二子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度以及所述第二子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度，所述第三子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度以及所述第三子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度具有如下关系：
12、优选地，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场具有函数y1＝cscx1第三象限曲线分布，x1为第一子热态冷态比例调控层往第二子热态冷态比例调控层方向的深度；
13、所述第一子热态冷态比例调控层的重空穴有效质量具有函数y2＝cscx1第三象限曲线分布；
14、所述第一子热态冷态比例调控层的横向声速具有函数y3＝cscx1第三象限曲线分布；
15、所述第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率具有函数y4＝cscx1第一象限曲线分布。
16、优选地，所述第二子热态冷态比例调控层的峰值速率电场具有函数y5＝ex2/x22第二象限曲线分布，x2为第二子热态冷态比例调控层往第三子热态冷态比例调控层方向的深度；
17、所述第二子热态冷态比例调控层的重空穴有效质量具有函数y6＝ex2/x22第二象限曲线分布；
18、所述第二子热态冷态比例调控层的横向声速具有函数y7＝ex2/x22第二象限曲线分布；
19、所述第二子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率具有函数y8＝sin/x22第三象限曲线分布。
20、优选地，所述热态冷态比例调控层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合。
21、优选地，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1，阱层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为5埃米至200埃米；
22、垒层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为10埃米至400埃米。
23、优选地，所述n型半导体、p型半导体包括gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，所述n型半导体的厚度为5埃米至60000埃米，所述p型半导体的厚度为10埃米至9000埃米。
24、优选地，所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、inas、gasb、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。
25、本发明的有益效果如下：本发明在半导体发光元件的n型半导体与有源层之间设置有多层结构的热态冷态比例调控层，在该多层热态冷态比例调控层结构中具有峰值速率电场变化趋势和重空穴有效质量变化趋势，从而调控峰值速率电场、重空穴有效质量的界面角度，提升热态下量子阱与p型半导体的界面带阶，增强量子阱的电子空穴的限域效应，减少热态下的电子溢流至p型半导体，从而使半导体发光元件的热态冷态效率比例(85度/25度的亮度比例)和老化光衰，热态冷态效率比例从传统半导体发光元件的70～85％提升至85～98％，85度条件下1000h的老化光衰从20～40％下降至5～20％。
1.一种具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体、有源层和p型半导体，其特征在于，所述n型半导体与有源层之间设置有热态冷态比例调控层，所述热态冷态比例调控层包括从下至上依次设置的第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层，所述第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层中均具有峰值速率电场变化趋势和重空穴有效质量变化趋势；
2.根据权利要求1所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层中还具有横向声速变化趋势，所述第一子热态冷态比例调控层的横向声速的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为μ，所述第一子热态冷态比例调控层的横向声速的峰值位置往有源层方向的下降角度为υ，所述第二子热态冷态比例调控层的横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ρ，所述第三子热态冷态比例调控层的横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ω，其中：3°≤ρ≤υ≤μ≤ω≤90°。
3.根据权利要求2所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子热态冷态比例调控层、第二子热态冷态比例调控层和第三子热态冷态比例调控层中还具有饱和电子漂移速率变化趋势，所述第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度为ε，所述第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往有源层方向的上升角度为η，所述第二子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为κ，所述第三子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度为ζ，其中：5°≤κ≤η≤ε≤ζ≤90°。
4.根据权利要求3所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往n型半导体方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度具有如下关系：3°≤μ≤ε≤δ≤α≤90°；
5.根据权利要求3或4所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往n型半导体方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往n型半导体方向的上升角度，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的峰值位置往有源层方向的下降角度以及第一子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的谷值位置往有源层方向的上升角度，所述第二子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度以及所述第二子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度，所述第三子热态冷态比例调控层的峰值速率电场、重空穴有效质量、横向声速的谷值位置往n型半导体方向的上升角度以及所述第三子热态冷态比例调控层的饱和电子漂移速率的峰值位置往n型半导体方向的下降角度具有如下关系：3°≤ρ≤κ≤φ≤γ≤υ≤η≤σ≤β≤μ≤ε≤δ≤α≤ω≤ζ≤ψ≤θ≤90°。
6.根据权利要求1所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述第一子热态冷态比例调控层的峰值速率电场具有函数y1＝cscx1第三象限曲线分布，x1为第一子热态冷态比例调控层往第二子热态冷态比例调控层方向的深度；
7.根据权利要求1所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述热态冷态比例调控层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合。
8.根据权利要求1所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述有源层为阱层和垒层组成的周期结构，周期数为3≥m≥1，阱层为gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，厚度为5埃米至200埃米；
9.根据权利要求1所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述n型半导体、p型半导体包括gan、ingan、inn、alinn、algan、alingan、aln、gaas、gap、inp、algaas、alingaas、algainp、ingaas、ingaasn、alinas、alinp、algap、ingap、gasb、insb、inas、inassb、algasb、alsb、ingasb、algaassb、ingaassb、sic、ga2o3、bn的任意一种或任意组合，所述n型半导体的厚度为5埃米至60000埃米，所述p型半导体的厚度为10埃米至9000埃米。
10.根据权利要求1所述的具有热态冷态比例调控层的半导体发光元件，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、inas、gasb、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。
