一种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半导体发光二极管及其制作方法，其公开的结构以及采用该制作方法制作的半导体发光二极管能够提升发光效率和发光强度。为了达到上述目的，本发明专利技术公开的一种半导体发光二极管包括衬底，缓冲层，第一导电型的第一半导体层，多量子阱具有V形坑的有源层，多周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱，以及第二导电型的第二半导体层和接触层；有源层的量子阱下表面、中心、上表面对应的V形坑位置具有Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点，其每周期厚度与量子阱层厚度相同；量子阱的垒层对应V形坑位置具有GaN纳米柱，其每周期的厚度与垒层相同。

【技术实现步骤摘要】
一种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，尤其涉及氮化物半导体发光二极管及制作方法领域。
技术介绍
现今，发光二极管（LED），特别是氮化物半导体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。因氮化物半导体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形坑（V-pits）。V形坑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形坑的缺陷非辐射复合中心，同时，V形坑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。具体的，传统的氮化物半导体发光二极管，因晶格失配和热失配在半导体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形坑（V-pits），如图1所示；因V形坑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形坑的缺陷非辐射复合中心，同时，V形坑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，过大的开口会产生大量非辐射复合中心，引起亮度下降，最终难于控制的开口角度和形状会使得发光二极管的发光效率受到很大影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种半导体发光二极管及其制作方法，其公开的结构以及采用该制作方法制作的半导体发光二极管能够提升发光效率和发光强度。为了达到上述目的，本专利技术公开的一种半导体发光二极管采用以下技术方案予以实现：一种的半导体发光二极管，包括衬底，缓冲层，第一导电型的第一半导体层，多量子阱具有V形坑的有源层，多周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱，以及第二导电型的第二半导体层和接触层；有源层的量子阱下表面、中心、上表面对应的V形坑位置具有Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点，其每周期厚度与量子阱层厚度相同；量子阱的垒层对应V形坑位置具有GaN纳米柱，其每周期的厚度与垒层相同。多量子阱的V形坑具有多周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱，其周期数与多量子阱相同；所述的AlN纳米柱的宽度保持不变，GaN纳米柱的宽度随周期变多而变大，从而与V形坑的形态相匹配且不与V形坑斜面接触，形成长短结合的GaN/AlN纳米柱。长短结合的AlN/GaN纳米柱提升量子阱光出射效率，并使位错线弯曲阻挡V形坑缺陷，降低非辐射复合；Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点使量子阱产生量子效应与表面等离激元共振耦合效应，提升量子阱的量子效率，从而提升半导体发光二极管的发光效率。作为本专利技术的一种的半导体发光二极管的一种优选实施方式：多量子阱V形坑具有多周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱，纳米柱与V形坑相匹配，且界面互不接触。作为本专利技术的一种的半导体发光二极管的一种优选实施方式：所述有源层多量子阱的周期数与多周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱的周期数相同，周期数x≥3，优选周期为8对。作为本专利技术的一种的半导体发光二极管的一种优选实施方式：所述的有源层的量子阱和Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点的厚度相同，厚度为1.0～5.0nm，优选厚度为3.5nm。作为本专利技术的一种的半导体发光二极管的一种优选实施方式：所述有源层的垒层和GaN纳米柱的厚度相同，厚度为5.0～20.0nm，优选厚度为10.0nm。作为本专利技术的一种的半导体发光二极管的一种优选实施方式：所述Al量子点和Ga量子点的形状为球形、半球形、金字塔形、锥状等，大小约0.5～5.0nm，优选直径为1.0nm。本专利技术还公开了任一上述的一种半导体发光二极管的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：1）在衬底上依次生长缓冲层、第一导电型的第一半导体层和具有V形坑多量子阱的第一有源层，形成第一模板；2）利用V形坑定位技术，定位V形坑在第一模板的位置，记录其坐标值；3）在第一模板表面沉积一层掩膜层，利用V形坑定位蚀刻技术，根据步骤2）的坐标将V形坑上方的掩膜层蚀刻，非V形坑的多量子阱区域保留掩膜层，形成第二模板；4）将第二模板放到反应室中，在低温600-900摄氏度，通入TMAl沉积Al，时间为T1，Al处于过饱和状态，然后，升至高温900-1200摄氏度，通入NH3进行半导体理，时间为T2，生长时间T1/T2≥2，从而使Al不能全部氮化，已氮化的Al生成AlN纳米柱，未氮化的Al生成Al量子点；然后，降至低温600-900摄氏度，通入TMGa沉积Ga，时间为T3，使Ga处于过饱和状态，然后，升至高温900-1200摄氏度，通入NH3进行氮化处理，时间为T4，生长时间T3/T4≥2x（x为周期数量），使Ga不能完全氮化，已氮化的Ga生长成GaN纳米柱，未氮化的Ga生成Ga量子点，同时，使GaN纳米柱的宽度随周期的上升而增大。5）根据量子阱的周期数目按重复步骤4），生长多周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱，与V形坑完全匹配且不与V形坑的斜面接触。6）在纳米柱填充V形坑的多量子阱上方依次外延生长第二导电型的第二半导体层和接触层，制作成半导体发光二极管的外延片。作为本专利技术公开的一种半导体发光二极管的制作方法的一种优选实施方式：所述的V形坑定位技术采用原子力显微镜AFM测试第一模板的V形坑位置，记录其坐标；或采用阴极荧光Mapping技术，利用V形坑不发光而多量子阱区域发光的原理，定位V形位置，记录其坐标。作为本专利技术公开的一种半导体发光二极管的制作方法的一种优选实施方式：所述的V形坑定位蚀刻技术采用ICP干法蚀刻，根据V形坑的坐标位置对其上方掩膜进行精确蚀刻。作为本专利技术公开的一种半导体发光二极管的制作方法的一种优选实施方式：所述的掩膜层的材料为光刻胶、SiO2、SiNx、PS球等掩膜材料。本专利技术有益效果是：本专利技术公开的一种半导体发光二极管及其制作方法提供了一种多量子阱V形坑具有多周期倒V形的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱的半导体发光二极管及其制作方法，其包括衬底，缓冲层，第一导电型的第一半导体层，有源层的多量子阱V形坑具有多周期倒V形的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点/GaN纳米柱，以及第二导电型的第二半导体层和接触层。有源层的量子阱下表面、中心、上表面对应的V形坑位置分别具有Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点，垒层对应V形坑位置具有GaN纳米柱，第二导电型的第二半导体层和接触层。长短结合的AlN/GaN纳米柱提升量子阱光出射效率，并使位错线弯曲阻挡V形坑缺陷；Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点使量子阱产生量子效应与表面等离激元共振耦合效应，提升量子阱的量子效率，从而提升半导体发光二极管的发光效率。附图说明图1为传统具有V形坑多量子阱的半导体发光二极管的示意图；图2为本专利技术的一种具体实施例的示意图；图3为图2所示具体实施例的效果示意图。附图标记说明：100：衬底，101：缓冲层，102：第一导电型的第一半导体层，103：有源层的量子阱的垒层，104：有源层的量子阱的阱层，105：有源层的V形坑，106：Al量子点，107本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光二极管，其特征在于：包括衬底、缓冲层、第一导电型的第一半导体层、具有V形坑多量子阱的有源层，多周期的Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点、GaN纳米柱，以及第二导电型的第二半导体层和第二导电型的接触层；有源层的量子阱的阱层下表面、中心、上表面对应的V形坑位置分别具有Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点，有源层的量子阱的垒层对应V形坑位置具有GaN纳米柱，V形坑形成多周期的Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点、GaN纳米柱；所述的AlN纳米柱的宽度保持不变，GaN纳米柱的宽度随周期变多而变大，从而与V形坑的形态相匹配且不与V形坑斜面接触，形成长短结合的GaN纳米柱、AlN纳米柱。

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光二极管，其特征在于：包括衬底、缓冲层、第一导电型的第一半导体层、具有V形坑多量子阱的有源层，多周期的Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点、GaN纳米柱，以及第二导电型的第二半导体层和第二导电型的接触层；有源层的量子阱的阱层下表面、中心、上表面对应的V形坑位置分别具有Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点，有源层的量子阱的垒层对应V形坑位置具有GaN纳米柱，V形坑形成多周期的Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点、GaN纳米柱；所述的AlN纳米柱的宽度保持不变，GaN纳米柱的宽度随周期变多而变大，从而与V形坑的形态相匹配且不与V形坑斜面接触，形成长短结合的GaN纳米柱、AlN纳米柱。2.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管，其特征在于：多量子阱V形坑具有多周期的倒三角形的Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点、GaN纳米柱，纳米柱与V形坑相匹配，且界面互不接触。3.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管，其特征在于：有源层多量子阱的周期数与多周期的Al量子点、AlN纳米柱、Ga量子点、GaN纳米柱的周期数相同，周期数x≥3。4.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管，其特征在于：每周期的Al量子点/AlN纳米柱/Ga量子点的厚度和每周期量子阱的阱层厚度相同，厚度为1.0～5.0nm；每周期的GaN纳米柱的厚度和有源层的垒层厚度相同，厚度为5.0～20.0nm。5.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管，其特征在于：所述Al量子点和Ga量子点的形状为球形、半球形、金字塔形、锥状中的一种或多种，大小为0.5～5.0nm。6.如权利要求1～5任一所述的一种半导体发光二极管的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）在衬底上依次生长缓冲层、第一导电型的第一半导体层和具有V形坑多量子阱的第一有源层，形成第一模板；（2）利用V形坑定位技术，定位V形坑在第一模板的位置，记录其坐标值；（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑锦坚，王星河，康俊勇，
申请(专利权)人：郑锦坚，
类型：发明
国别省市：福建,35