一种半导体发光二极管的结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体发光二极管的结构及其制作方法，其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光提取效应，提升发光效率；本发明专利技术公开的一种半导体发光二极管的结构在第一、第二有源层的V形坑连接界面具有第一纳米锥；第二有源层的每对量子阱界面位置对应的V形坑斜面具有磁性纳米颗粒，第二有源层的每对量子阱界面位置对应的第一纳米锥中心具有第一金属纳米颗粒；V形坑与第一纳米锥间隙填充透明隔离层，其上方沉积第一电子阻挡层，第一p型半导体层、第二p型半导体层；第一纳米锥的高度高于第二p型半导体层，高于第二p型半导体的第一纳米锥斜面具有第二纳米锥，第二纳米锥的底部和顶端具有第二金属纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体发光二极管的结构及其制作方法
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的结构和制作方法领域。
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-pits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；V形坑的开口不能无限增加，过大的开口会产生大量非辐射复合中心，引起亮度下降。
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的结构及其制作方法，其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光提取效应，提升发光效率。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的结构采用以下技术方案予以实现：一种半导体发光二极管的结构，包括衬底，缓冲层，n型半导体层，具有x对多量子阱的第一有源层，具有y对多量子阱的第二有源层，第一有源层和第二有源层形成V形坑，所述第一、第二有源层的V形坑连接界面具有第一纳米锥（需要说明的是，本专利技术所述的纳米锥也可以是纳米柱，此时，纳米锥的斜面与水平面的夹角为90度）；所述V形坑斜面、第一纳米锥斜面具有一层与第一p型半电体层连接的导电通道；所述第二有源层的每对量子阱界面位置对应的V形坑斜面具有磁性纳米颗粒，所述第二有源层的每对量子阱界面位置对应的第一纳米锥中心具有第一金属纳米颗粒；所述的V形坑与第一纳米锥间隙填充透明隔离层，及在其上方沉积的第一电子阻挡层，第一p型半导体层、第二p型半导体层；所述第一纳米锥的高度高于第二p型半导体层，高于第二p型半导体的第一纳米锥斜面具有第二金属纳米颗粒及相连的第二纳米锥，所述的第二纳米锥的底部和顶端具有第二金属纳米颗粒。利用第二有源层每对量子阱界面位置的第一纳米锥中心的金属纳米颗粒和V形坑斜面的磁性纳米颗粒，在电流注入条件下，第二有源层形成电磁、磁光与表面等离激元多重共振耦合效应，提升有源层的量子发光效率，同时，利用第一纳米锥顶端、第二纳米锥及其第二金属纳米颗粒形成表面粗化效应与表面等离激元第二耦合效应提升光提取效率，第一与第二耦合效应相垒加，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半导体发光二极管的结构的一种优选实施方式：所述第一有源层具有x对多量子阱，第二有源层具有y对多量子阱，x≥2，y≥2，优选x=3，y=3。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的一种优选实施方式：所述第一、第二纳米锥材料为III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料，第一纳米锥优选GaN。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的一种优选实施方式：所述第一、第二纳米锥的第一、第二金属纳米颗粒为Ag、Al、Ni、Au、Cu、Ga等金属材料或其任意组合。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的一种优选实施方式：所述V形坑斜面的磁性纳米颗粒为Ni、Co、Mn、FeCo、Fe3O4、Cr2O3、Fe2CrSi等各种具有磁性的的单质和化合物。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的一种优选实施方式：所述的V形坑与第一纳米锥间隙填充的透明隔离层材料为SiO2、SiNx等透明绝缘氧化物或半导体。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的一种优选实施方式：所述的V形坑斜面、第一纳米锥斜面的导电通道和第一p型半导体层相连接，厚度为1～100nm，优化20nm，Mg掺杂浓度为1E19～1E21cm-3，优先5E19cm-3。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结构的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）在衬底上依次外延生长缓冲层，n型半导体层，具有x对多量子阱的第一有源层，具有y对多量子阱的第二有源层，第一有源层和第二有源层形成V形坑；（2）在所述第一、第二有源层的V形坑连接界面采用纳米定位沉积技术沉积第一纳米锥的生长催化剂，催化生长第一纳米锥；（3）在所述第二有源层的每对量子阱界面位置对应的第一纳米锥位置各进行一次重新添加催化剂，使催化剂总量在界面处于过饱和状态，控制生长温度处于催化剂的固液交界温度，使部分催化剂处于熔融状态，部分处于固态，固态催化剂保留在第一纳米锥中心形成第一金属纳米颗粒，熔融状态的催化剂随第一纳米锥往上生长；（4）在所述的V形坑斜面、第一纳米锥斜面制作一层与第一p型半导体层连接的导电通道；（5）在所述第二有源层的每对量子阱界面位置对应V形坑斜面采用纳米定位沉积技术沉积磁性纳米颗粒；（6）在所述的V形坑与第一纳米锥间隙填充透明隔离层，然后在其上方沉积的第一电子阻挡层，第一p型半导体层、第二p型半导体层；（7）采用步骤（3）生长的第一纳米锥的高度高于第二p型半导体层，在高于第二p型半导体的第一纳米锥斜面采用纳米定位沉积技术沉积第二金属纳米颗粒的催化剂，该催化剂处于过饱和状态，使部分催化剂处于熔融状态，部分处于固态，固态催化剂保留在第一纳米锥与第二纳米锥的界面，熔融状态催化剂催化生长第二纳米锥并保留在第二纳米锥顶端，形成具有双重金属纳米颗粒的第二纳米锥。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的制作方法的优选实施方式：所述纳米定位沉积技术采用高精度扫描电子显微镜与电子束沉积相结合的可视化定位纳米沉积技术。作为本专利技术的一种半导体发光二极管的结构的制作方法的优选实施方式：在所述第二有源层的每对量子阱开始生长前，重新添加一次催化剂，使催化剂的面积大于该层的第一纳米锥的面积，使催化剂总量在界面处于过饱和状态，同时，控制生长温度介于催化剂的固态-液态的温度交界区间，使部分催化剂处于熔融状态，部分处于固态，从而可控制在第一纳米锥中心的第二有源层每个多量子阱界面位置生成第一金属纳米颗粒。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的结构及其制作方法提供了一种新的半导体发光二极管，其包括衬底，缓冲层，n型半导体层，具有x对多量子阱的第一有源层，具有y对多量子阱的第二有源层，第一有源层和第二有源层的V形坑界面制作第一纳米锥，第二有源层的每对量子阱界面位置对应的V形坑斜面具有磁性纳米颗粒，对应的第一纳米锥中心具有第一金属纳米颗粒；所述第一纳米锥的高度高于第二p型半导体层，其斜面的第二纳米锥底部和顶端具有第二金属纳米颗粒。第二有源层形成电磁、磁光与表面等离激元多重共振耦合效应，第一纳米锥顶端、第二纳米锥及其第二金属纳米颗粒形成表面粗化效应与表面等离激元第二耦合效应，第一与第二耦合效应相垒加，提升半导体发光二极管的发光效率。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光二极管的结构，包括衬底，缓冲层，n型半导体层，具有多量子阱的第一有源层、第二有源层及其形成的V形坑，以及第一有源层、第二有源层的V形坑界面的第一纳米锥；V形坑斜面、第一纳米锥的斜面具有一层与第一p型半电体层连接的导电通道；所述第二有源层的每对量子阱界面位置对应的V形坑斜面具有磁性纳米颗粒，第二有源层的每对量子阱界面位置对应的第一纳米锥中心具有第一金属纳米颗粒；所述的V形坑与第一纳米锥间隙填充透明隔离层，透明隔离层上方沉积第一电子阻挡层，第一p型半导体层和第二p型半导体层；所述第一纳米锥的高度高于第二p型半导体层，高于第二p型半导体的第一纳米锥斜面具有第二金属纳米颗粒及相连的第二纳米锥，第二纳米锥的底部和顶端具有第二金属纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光二极管的结构，包括衬底，缓冲层，n型半导体层，具有多量子阱的第一有源层、第二有源层及其形成的V形坑，以及第一有源层、第二有源层的V形坑界面的第一纳米锥；V形坑斜面、第一纳米锥的斜面具有一层与第一p型半电体层连接的导电通道；所述第二有源层的每对量子阱界面位置对应的V形坑斜面具有磁性纳米颗粒，第二有源层的每对量子阱界面位置对应的第一纳米锥中心具有第一金属纳米颗粒；所述的V形坑与第一纳米锥间隙填充透明隔离层，透明隔离层上方沉积第一电子阻挡层，第一p型半导体层和第二p型半导体层；所述第一纳米锥的高度高于第二p型半导体层，高于第二p型半导体的第一纳米锥斜面具有第二金属纳米颗粒及相连的第二纳米锥，第二纳米锥的底部和顶端具有第二金属纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管的结构，其特征在于：所述第一有源层具有x对多量子阱，第二有源层具有y对多量子阱，x≥2，y≥2。3.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管的结构，其特征在于：所述第一纳米锥、第二纳米锥的材料为III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料。4.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管的结构，其特征在于：第一纳米锥中心、第二纳米锥的第一金属纳米颗粒、第二金属纳米颗粒为Ag、Al、Ni、Au、Cu中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管的结构，其特征在于：所述V形坑斜面的磁性纳米颗粒为具有磁性的单质和/或化合物；所述具有磁性的单质和/或化合物包含Ni、Co、Mn、FeCo、Fe3O4、Cr2O3、Fe2CrSi。6.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管的结构，其特征在于：所述的V形坑与第一纳米锥间隙填充的透明隔离层材料为透明绝缘氧化物或半导体；所述透明绝缘氧化物或半导体包含SiO2、SiNx。7.根据权利要求1所述的一种半导体发光二极管的结构，其特征在于：V形坑斜面、第一纳米锥斜面的导电通道和第一p型导电层相连接，厚度为1～100nm，Mg掺杂浓度为1E19～1E21cm-3。8.如权利要求1～7任一所述的一种半导体发光二极管的结...

【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