一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法，包括衬底，第一导电型的第一半导体层，至少一具有M个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源层，至少一界面连接层，至少一具有N个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源层组成的多重堆叠的多量子阱结构，第一有源层和第二有源层交替垒加；以及邻接所述多重堆叠的多量子阱结构的第二导电型的第二半导体层，可以调控组合V形坑的体积、形态和密度，提升量子效应和发光效率。

Nitride semiconductor light emitting diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a nitride semiconductor light emitting diode and its manufacturing method, which comprises a substrate, a first semiconductor layer of a first conductivity type, with at least one M opening to the first active layer multiple quantum well V shape up or down the pit, at least one connection interface layer, at least one with multi quantum well structure N opening to the composition of the second active layer multiple quantum wells up or down V shaped hole of the multiple stacks, the first active layer and the second active layer with alternating barrier semiconductor layer second; and a second conductive type multiple quantum well structures adjacent to the multiple stacks of the size, shape and density, can control combination of V shaped pit and enhance the quantum effect and luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法
本专利技术涉及半导体光电器件领域，特别是一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法。
技术介绍
现今，发光二极管（LED），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。因氮化物发光二极管的底层存在缺陷，导致生长量子阱时缺陷延伸会形成V-pits（V形坑）。V-pits的侧壁的势垒大于多量子阱的势垒，导致电子不易跃迁进入V-pits的缺陷非辐射复合中心，同时，V-pits侧壁可对多量子阱发出的光进行反射，改变发光角度，降低全反射角对出光影响，提升光提取效率，提升发光效率和发光强度。传统的多量子阱的V形坑开口向上，随着量子阱对数的增加，其V形坑的开口越大，但开口角度和形状难以控制。采用传统外延生长方法只能生长一个多量子阱，且V形坑开口只能向上，无法生长多重垒层且V形坑开口可控可组合的多量子阱。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管及其制作方法。本专利技术提供一种氮化物半导体发光二极管，从下至上依次包括：衬底，第一导电型的第一半导体层；由至少一具有M个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源层，至少一界面连接层，至少一具有N个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源层组成的多重堆叠的多量子阱结构，第一有源层的V形坑和第二有源层的V形坑交替垒加，形成V形坑的组合；以及邻接所述多重堆叠的多量子阱结构的第二导电型的第二半导体层。进一步地，所述具有M个开口向上或向下的多量子阱，M≥1的整数；所述具有N个开口向上或向下的多量子阱，N≥1的整数，M和N交替垒加。进一步地，位于所述界面连接层两侧的V形坑进行对称或非对称的多重堆叠组合，以调控组合后V形坑的体积、形态和密度。进一步地，位于所述界面连接层两侧的第一有源层的上表面、第二有源层的下表面分别具有相反的极性面。进一步地，位于所述界面连接层下侧的第一有源层的上表面呈现金属极性，位于所述界面连接层上侧的第二有源层的下表面呈现非金属极性；或者是位于所述界面连接层下侧的第一有源层的上表面呈现非金属极性，位于所述界面连接层上侧的第二有源层的下表面呈现金属极性。进一步地，所述界面连接层的材料为氮化物材料，厚度为1~100个原子层。进一步地，在所述衬底上还形成缓冲层。进一步地，在所述第二导电型的第二半导体层上还形成第二导电型的接触层。本专利技术还提供一种氮化物半导体发光二极管的制作方法，包括工艺步骤：（1）在衬底上生长第一导电型的第一半导体层；（2）在所述第一导电型的第一半导体层上，制作至少一具有开口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源层；（3）在所述第一有源层上形成至少一界面连接层；（4）在所述界面连接层上制作至少一具有开口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源层，第一有源层的开口向上或向下的V形坑与第二有源层的开口向上或向下的V形坑进行交替垒加组合，形成V形坑组合的多量子阱的有源层；（5）在所述第二有源层上依次生长第二导电型的第二半导体层。进一步地，所述界面连接层的界面处理技术包括高温H化处理去除界面N原子，形成金属极性界面，以及高温氮化处理形成非金属极性面，处理温度为800~1200℃，优选1000℃。进一步地，在所述衬底上生长缓冲层。进一步地，在所述第二导电型的第二半导体层上生长第二导电型的接触层。本专利技术通过剥离、转移、翻转等技术对V形坑多量子阱进行调控和组合，可以多重堆叠多个具有开口向上或向下V形坑的多量子阱，从而形成V形坑的对称或非对称组合，调控组合后的V形坑的体积、形态和密度，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。附图说明图1为传统的具有V形坑多量子阱的氮化物发光二极管示意图。图2为本专利技术实施例的具有多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管的示意图，第一有源层和第二有源层的多重堆叠方式为M/N/M/N的V形坑对称组合，形成2个开口向上/2个开口向下V形坑的对称组合的多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管。图3为本专利技术实施例的剥离、转移、翻转技术示意图。图4为本专利技术实施例的多量子阱表面处理和界面连接技术的界面连接层示意图。图5为本专利技术实施例的1个开口向上/1个开口向下V形坑对称组合的多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管。图6为本专利技术实施例的1个开口向上/1个开口向下V形坑非对称组合的多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管。图7为本专利技术实施例的2个开口向上V形坑对称组合的多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管。图8为本专利技术实施例的2个开口向上V形坑非对称组合的多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管。图9为本专利技术实施例的2个开口向上/1个开口向下V形坑对称组合的多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管。图示说明：100：衬底，101：缓冲层，102：第一导电型的第一半导体层，103：具有开口向上V形坑（104）多量子阱的第一有源层，105a/b/c…：界面连接层，106a/b/c…：具有开口向下V形坑（107a/b/c…）多量子阱的第二有源层，108b/c…：具有开口向上V形坑（109b/c…）多量子阱的第一有源层，110：第二导电型的第二半导体层，111：第二导电型的接触层。具体实施方式传统的氮化物发光二极管，因晶格失配和热失配在氮化物生长过程中会形成缺陷，生长多量子阱时该位错会延伸形成V-pits，如图1所示；因V-pits的侧壁的势垒大于多量子阱的势垒，导致电子不易跃迁进入V-pits的缺陷非辐射复合中心，同时，V-pits侧壁可对多量子阱发出的光进行反射，可改变发光角度，降低全反射角对出光影响，提升光提取效率，提升发光效率和发光强度。传统的多量子阱的V形坑开口向上，随着量子阱对数的增加，其V形坑的开口越大，但开口角度和形状难以控制。采用传统外延生长方法只能生长一个多量子阱，且V形坑开口只能向上，无法生长多重垒层且V-pits开口可控且可组合的多量子阱。本专利技术通过剥离、转移、翻转等技术对V形坑多量子阱进行调控和组合，可以多重堆叠和连结多个多量子阱，从而形成V形坑的对称或非对称组合，调控组合后的V形坑的体积、形态和密度，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。实施例1一种具有多重堆叠多量子阱的氮化物发光二极管的结构及制作方法如下：步骤（1）：如图2所示，在MOCVD金属有机化学气相外延设备中，在衬底100上外延生长缓冲层101和第一导电类型的第一半导体层102，该层为n型掺杂层，Si掺浓度为5×18~5×19cm-3，外延生长传统的具有开口向上V形坑（V-pits）104的多量子阱的第一有源层103，通过界面处理技术使第一有源层的上表面呈现Ga-极性面。步骤（2）：按步骤（1）的方法外延生长N个传统的具有开口向上V形坑多量子阱，然后采用剥离、转移、翻转的方法，制作M个具有开口向下V形坑107a/b/c…多量子阱的第二有源层106a/b/c…，如图3所示。采用界面处理技术对界面连接层105a/b/c…进行处理，使其上下表面具有Ga-极性与N-极性，如图4所示，界面处理技术包括：高温H化处理去除界面N原子，形成Ga-极性界面，以及高温氮化处理形成N-极性面，处理温度为800~1200℃，优选1000℃。步骤（3）：接步骤（1）生长M个具有开口向下V形坑的多量子阱的外延片，并进行剥离、转移，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光二极管，从下至上依次包括：衬底，第一导电型的第一半导体层；由至少一具有M个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源层，至少一界面连接层，至少一具有N个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源层组成的多重堆叠的多量子阱结构，第一有源层的V形坑和第二有源层的V形坑交替叠加，形成V形坑的组合；以及邻接所述多重堆叠的多量子阱结构的第二导电型的第二半导体层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化物半导体发光二极管，从下至上依次包括：衬底，第一导电型的第一半导体层；由至少一具有M个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源层，至少一界面连接层，至少一具有N个开口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源层组成的多重堆叠的多量子阱结构，第一有源层的V形坑和第二有源层的V形坑交替叠加，形成V形坑的组合；以及邻接所述多重堆叠的多量子阱结构的第二导电型的第二半导体层。2.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：所述具有M个开口向上或向下的多量子阱，M≥1的整数；所述具有N个开口向上或向下的多量子阱，N≥1的整数，M和N交替叠加，形成V形坑组合的多量子阱。3.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：位于所述界面连接层两侧的V形坑进行对称或非对称的多重交替叠加组合，以调控组合后V形坑的体积、形态和密度。4.根据权利要求1所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：位于所述界面连接层两侧的第一有源层的上表面、第二有源层的下表面分别具有相反的极性面。5.根据权利要求4所述的一种氮化物半导体发光二极管，其特征在于：位于所述界面连接层下侧的第一有源层的上表面呈现金属极性，位于所述界面连接层上侧的第二有源层的下表面呈现非金属极性；或者是位于所述界面连接层下侧的第一有源层的上表面呈现非金属极性，位于所述界面连接层上侧的第二有源层的下表面呈现金属极性。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，周启伦，钟志白，伍明跃，李志明，邓和清，杨焕荣，吴建国，林峰，李水清，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35