本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管及制作方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今，發(fā)光二極管（LED），特別是氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管因其較高的發(fā)光效率，在普通照明領(lǐng)域已取得廣泛的應(yīng)用。因氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的底層存在缺陷，導(dǎo)致生長量子阱時缺陷延伸會形成V形坑（V-pits）。V形坑的側(cè)壁的勢壘大于多量子阱的勢壘，導(dǎo)致電子不易躍遷進入V形坑的缺陷非輻射復(fù)合中心，同時，V形坑側(cè)壁可對多量子阱發(fā)出的光進行反射，改變發(fā)光角度，降低全反射角對出光影響，提升光提取效率，提升發(fā)光效率和發(fā)光強度。

具體的，傳統(tǒng)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，因晶格失配和熱失配在半導(dǎo)體生長過程中會形成缺陷，生長多量子阱時該位錯會延伸形成V形坑（V-pits），如圖1所示；因V形坑的側(cè)壁的勢壘大于多量子阱的勢壘，導(dǎo)致電子不易躍遷進入V形坑的缺陷非輻射復(fù)合中心，同時，V形坑側(cè)壁可對多量子阱發(fā)出的光進行反射，可改變發(fā)光角度，降低全反射角對出光影響，提升光提取效率，提升發(fā)光效率和發(fā)光強度。傳統(tǒng)的多量子阱的V形坑開口向上，隨著量子阱對數(shù)的增加，其V形坑的開口越大，但開口角度和形狀難以控制，過大的開口會產(chǎn)生大量非輻射復(fù)合中心，引起亮度下降，最終難于控制的開口角度和形狀會使得發(fā)光二極管的發(fā)光效率受到很大影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法，其公開的結(jié)構(gòu)以及采用該制作方法制作的半導(dǎo)體發(fā)光二極管能夠提升發(fā)光效率和發(fā)光強度。

為了達到上述目的，

本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括襯底，緩沖層，第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，多量子阱具有V形坑的有源層，多周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱，以及第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層和接觸層；有源層的量子阱下表面、中心、上表面對應(yīng)的V形坑位置具有Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點，其每周期厚度與量子阱層厚度相同；量子阱的壘層對應(yīng)V形坑位置具有GaN納米柱，其每周期的厚度與壘層相同。多量子阱的V形坑具有多周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱，其周期數(shù)與多量子阱相同；所述的AlN納米柱的寬度保持不變，GaN納米柱的寬度隨周期變多而變大，從而與V形坑的形態(tài)相匹配且不與V形坑斜面接觸，形成長短結(jié)合的GaN/AlN納米柱。長短結(jié)合的AlN/GaN納米柱提升量子阱光出射效率，并使位錯線彎曲阻擋V形坑缺陷，降低非輻射復(fù)合；Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點使量子阱產(chǎn)生量子效應(yīng)與表面等離激元共振耦合效應(yīng)，提升量子阱的量子效率，從而提升半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

作為本發(fā)明的一種的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的一種優(yōu)選實施方式：多量子阱V形坑具有多周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱，納米柱與V形坑相匹配，且界面互不接觸。

作為本發(fā)明的一種的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的一種優(yōu)選實施方式：所述有源層多量子阱的周期數(shù)與多周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱的周期數(shù)相同，周期數(shù)x≥3，優(yōu)選周期為8對。

作為本發(fā)明的一種的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的一種優(yōu)選實施方式：所述的有源層的量子阱和Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點的厚度相同，厚度為1.0～5.0nm，優(yōu)選厚度為3.5nm。

作為本發(fā)明的一種的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的一種優(yōu)選實施方式：所述有源層的壘層和GaN納米柱的厚度相同，厚度為5.0～20.0nm，優(yōu)選厚度為10.0nm。

作為本發(fā)明的一種的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的一種優(yōu)選實施方式：所述Al量子點和Ga量子點的形狀為球形、半球形、金字塔形、錐狀等，大小約0.5～5.0nm，優(yōu)選直徑為1.0nm。

本發(fā)明還公開了任一上述的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，包含以下步驟：

1）在襯底上依次生長緩沖層、第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層和具有V形坑多量子阱的第一有源層，形成第一模板；2）利用V形坑定位技術(shù)，定位V形坑在第一模板的位置，記錄其坐標值；3）在第一模板表面沉積一層掩膜層，利用V形坑定位蝕刻技術(shù)，根據(jù)步驟2）的坐標將V形坑上方的掩膜層蝕刻，非V形坑的多量子阱區(qū)域保留掩膜層，形成第二模板；4）將第二模板放到反應(yīng)室中，在低溫600-900攝氏度，通入TMAl沉積Al，時間為T1，Al處于過飽和狀態(tài)，然后，升至高溫900-1200攝氏度，通入NH3進行半導(dǎo)體理，時間為T2，生長時間T1/T2≥2，從而使Al不能全部氮化，已氮化的Al生成AlN納米柱，未氮化的Al生成Al量子點；然后，降至低溫600-900攝氏度，通入TMGa沉積Ga，時間為T3，使Ga處于過飽和狀態(tài)，然后，升至高溫900-1200攝氏度，通入NH₃進行氮化處理，時間為T4，生長時間T3/T4≥2x（x為周期數(shù)量），使Ga不能完全氮化，已氮化的Ga生長成GaN納米柱，未氮化的Ga生成Ga量子點，同時，使GaN納米柱的寬度隨周期的上升而增大。5）根據(jù)量子阱的周期數(shù)目按重復(fù)步驟4），生長多周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱，與V形坑完全匹配且不與V形坑的斜面接觸。6）在納米柱填充V形坑的多量子阱上方依次外延生長第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層和接觸層，制作成半導(dǎo)體發(fā)光二極管的外延片。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的一種優(yōu)選實施方式：所述的V形坑定位技術(shù)采用原子力顯微鏡AFM測試第一模板的V形坑位置，記錄其坐標；或采用陰極熒光Mapping技術(shù)，利用V形坑不發(fā)光而多量子阱區(qū)域發(fā)光的原理，定位V形位置，記錄其坐標。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的一種優(yōu)選實施方式：所述的V形坑定位蝕刻技術(shù)采用ICP干法蝕刻，根據(jù)V形坑的坐標位置對其上方掩膜進行精確蝕刻。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的一種優(yōu)選實施方式：所述的掩膜層的材料為光刻膠、SiO₂、SiNx、PS球等掩膜材料。

本發(fā)明有益效果是：

本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法提供了一種多量子阱V形坑具有多周期倒V形的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱的半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制作方法，其包括襯底，緩沖層，第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，有源層的多量子阱V形坑具有多周期倒V形的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點/GaN納米柱，以及第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層和接觸層。有源層的量子阱下表面、中心、上表面對應(yīng)的V形坑位置分別具有Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點，壘層對應(yīng)V形坑位置具有GaN納米柱，第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層和接觸層。長短結(jié)合的AlN/GaN納米柱提升量子阱光出射效率，并使位錯線彎曲阻擋V形坑缺陷；Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點使量子阱產(chǎn)生量子效應(yīng)與表面等離激元共振耦合效應(yīng)，提升量子阱的量子效率，從而提升半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)具有V形坑多量子阱的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種具體實施例的示意圖；

圖3為圖2所示具體實施例的效果示意圖。

附圖標記說明：

100：襯底，101：緩沖層，102：第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，103：有源層的量子阱的壘層，104：有源層的量子阱的阱層，105：有源層的V形坑，106：Al量子點，107：AlN納米柱，108：Ga量子點，109：GaN納米柱，110：第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層，111：第二導(dǎo)電型的接觸層，112：量子效應(yīng)與表面等離激元共振耦合效應(yīng)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例描述本發(fā)明具體實施方式：

如圖2～3所示，其示出了本發(fā)明的具體實施方式，如圖所示，本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括襯底100、緩沖層101、第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層102、具有V形坑多量子阱的有源層，多周期的Al量子點106、AlN納米柱109、Ga量子點108、GaN納米柱109，以及第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層110和第二導(dǎo)電型的接觸層111；

有源層的量子阱的阱層104下表面、中心、上表面對應(yīng)的V形坑位置分別具有Al量子點、AlN納米柱、Ga量子點，有源層的量子阱的壘層103對應(yīng)V形坑位置具有GaN納米柱，V形坑形成多周期的Al量子點、AlN納米柱、Ga量子點、GaN納米柱；

所述的AlN納米柱的寬度保持不變，GaN納米柱的寬度隨周期變多而變大，從而與V形坑的形態(tài)相匹配且不與V形坑斜面接觸，形成長短結(jié)合的GaN納米柱、AlN納米柱。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實施例：多量子阱V形坑具有多周期的倒三角形的Al量子點、AlN納米柱、Ga量子點、GaN納米柱，納米柱與V形坑相匹配，且界面互不接觸。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實施例：有源層多量子阱的周期數(shù)與多周期的Al量子點、AlN納米柱、Ga量子點、GaN納米柱的周期數(shù)相同，周期數(shù)x≥3。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實施例：每周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點的厚度和每周期量子阱的阱層厚度相同（每周期的Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點是指一個AlN納米柱及設(shè)置在該AlN納米柱上下表面的Ga量子點和Al量子點），厚度為1.0～5.0nm；每周期的GaN納米柱的厚度和有源層的壘層厚度相同，厚度為5.0～20.0nm。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的優(yōu)選實施例：所述Al量子點和Ga量子點的形狀為球形、半球形、金字塔形、錐狀中的一種或多種，大小為0.5～5.0nm。本實施例所述的大小是指最寬位置的尺寸。

作為本發(fā)明公開的一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法的具體實施例，如圖2所示，其包含如下步驟：

步驟1）：在MOCVD金屬有機化學(xué)氣相外延設(shè)備中，在襯底100上外延生長緩沖層101和第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層，該層為n型摻雜層，Si摻濃度為5E18～5E19cm^-3，外延生長傳統(tǒng)的量子阱103和壘層104組成的多量子阱有源層，其周期數(shù)量為8對，量子阱的阱層厚度為3.5nm，壘層厚度為10.0nm；量子阱具有V形坑（V-shap pits） 105，形成第一模板；

步驟2）：利用V形坑定位技術(shù)，記錄住每個V形坑的坐標位置。采用原子力顯微鏡AFM測試第一模板的V形坑位置，記錄其坐標；或采用陰極熒光Mapping技術(shù)，利用V形坑不發(fā)光而多量子阱區(qū)域發(fā)光的原理，定位V形位置，記錄其坐標；

步驟3）：采用蒸鍍機臺在在第一模板表面沉積一層SiO₂掩膜層，厚度為200nm；利用V形坑定位蝕刻技術(shù)，根據(jù)步驟2的V形坑坐標使用ICP干法蝕刻將V形坑上方的掩膜層蝕刻，非V形坑的多量子阱區(qū)域保留掩膜層，形成第二模板；

步驟4）：將第二模板放到反應(yīng)室中，在低溫750攝氏度，通入TMAl沉積Al，時間為T1=16s，Al處于過飽和狀態(tài)，然后，升至高溫1200攝氏度，通入NH₃進行半導(dǎo)體理，時間為T2=8s，生長時間T1/T2=2，從而使Al不能全部氮化，未氮化的Al生成Al量子點106和已氮化的Al生長成AlN納米柱107，Al量子點106形態(tài)為球狀，大小約1.0nm；AlN納米柱107的厚度與量子阱的厚度相同，厚度為3.5nm；然后，降至低溫750攝氏度，通入TMGa沉積Ga，時間為T3，Ga處于過飽和狀態(tài)，然后，升至高溫1100攝氏度，通入NH₃進行氮化處理，時間為T4，生長時間T3/T4>=2x（x為周期數(shù)量），例如：第一周期T3=8s，T4=4s，第二周期T3=16s，T4=4s，第三周期T3=24s，T4=4s，以此類推，從而使GaN納米柱的寬度隨周期的上升而增大，形成倒三角形的GaN納米柱109和Ga量子點108總體分布形狀，Ga量子點108的形狀為球形，大小約1.0nm，GaN納米柱109的高度與量子阱的壘層相同，約10.0nm。

步驟5）：根據(jù)量子阱的周期數(shù)目按重復(fù)步驟4），生長多周期倒V形的Al量子點106/AlN納米柱107/Ga量子點108/GaN納米柱109，與V形坑完全匹配且不與V形坑的斜面接觸。

步驟6）：在納米柱填充V形坑的多量子阱上方依次外延生長第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層110和接觸層111，制作成半導(dǎo)體發(fā)光二極管的外延片。

長短結(jié)合的AlN/GaN納米柱提升量子阱光出射效率，并使位錯線彎曲阻擋V形坑缺陷，降低非輻射復(fù)合；Al量子點/AlN納米柱/Ga量子點使量子阱產(chǎn)生量子效應(yīng)與表面等離激元共振耦合效應(yīng)112，如圖3所示，提升量子阱的量子效率，從而提升半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化，這些變化涉及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的相關(guān)技術(shù)，這些都落入本發(fā)明專利的保護范圍。

不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍可以做出許多其他改變和改型。應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于特定的實施方式，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。