本發(fā)明涉及半導體光電器件領域，特別是一種氮化物半導體發(fā)光二極管及其制作方法。

背景技術：

現(xiàn)今，發(fā)光二極管（LED），特別是氮化物發(fā)光二極管因其較高的發(fā)光效率，在普通照明領域已取得廣泛的應用。因氮化物發(fā)光二極管的底層存在缺陷，導致生長量子阱時缺陷延伸會形成V-pits（V形坑）。V-pits的側壁的勢壘大于多量子阱的勢壘，導致電子不易躍遷進入V-pits的缺陷非輻射復合中心，同時，V-pits側壁可對多量子阱發(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。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。采用傳統(tǒng)外延生長方法只能生長一個多量子阱，且V形坑開口只能向上，無法生長多重壘層且V形坑開口可控可組合的多量子阱。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管及其制作方法。

本發(fā)明提供一種氮化物半導體發(fā)光二極管，從下至上依次包括：襯底，第一導電型的第一半導體層；由至少一具有M個開口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源層，至少一界面連接層，至少一具有N個開口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源層組成的多重堆疊的多量子阱結構，第一有源層的V形坑和第二有源層的V形坑交替壘加，形成V形坑的組合；以及鄰接所述多重堆疊的多量子阱結構的第二導電型的第二半導體層。

進一步地，所述具有M個開口向上或向下的多量子阱，M≥1的整數(shù)；所述具有N個開口向上或向下的多量子阱，N≥1的整數(shù)，M和N交替壘加。

進一步地，位于所述界面連接層兩側的V形坑進行對稱或非對稱的多重堆疊組合，以調控組合后V形坑的體積、形態(tài)和密度。

進一步地，位于所述界面連接層兩側的第一有源層的上表面、第二有源層的下表面分別具有相反的極性面。

進一步地，位于所述界面連接層下側的第一有源層的上表面呈現(xiàn)金屬極性，位于所述界面連接層上側的第二有源層的下表面呈現(xiàn)非金屬極性；或者是位于所述界面連接層下側的第一有源層的上表面呈現(xiàn)非金屬極性，位于所述界面連接層上側的第二有源層的下表面呈現(xiàn)金屬極性。

進一步地，所述界面連接層的材料為氮化物材料，厚度為1 ~100個原子層。

進一步地，在所述襯底上還形成緩沖層。

進一步地，在所述第二導電型的第二半導體層上還形成第二導電型的接觸層。

本發(fā)明還提供一種氮化物半導體發(fā)光二極管的制作方法，包括工藝步驟：

（1）在襯底上生長第一導電型的第一半導體層；

（2）在所述第一導電型的第一半導體層上，制作至少一具有開口向上或向下V形坑的多量子阱的第一有源層；

（3）在所述第一有源層上形成至少一界面連接層；

（4）在所述界面連接層上制作至少一具有開口向上或向下V形坑的多量子阱的第二有源層，第一有源層的開口向上或向下的V形坑與第二有源層的開口向上或向下的V形坑進行交替壘加組合，形成V形坑組合的多量子阱的有源層；

（5）在所述第二有源層上依次生長第二導電型的第二半導體層。

進一步地，所述界面連接層的界面處理技術包括高溫H化處理去除界面N原子，形成金屬極性界面，以及高溫氮化處理形成非金屬極性面，處理溫度為800~1200℃，優(yōu)選1000℃。

進一步地，在所述襯底上生長緩沖層。

進一步地，在所述第二導電型的第二半導體層上生長第二導電型的接觸層。

本發(fā)明通過剝離、轉移、翻轉等技術對V形坑多量子阱進行調控和組合，可以多重堆疊多個具有開口向上或向下V形坑的多量子阱，從而形成V形坑的對稱或非對稱組合，調控組合后的V形坑的體積、形態(tài)和密度，提升氮化物發(fā)光二極管的發(fā)光強度和發(fā)光效率。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的具有V形坑多量子阱的氮化物發(fā)光二極管示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的具有多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管的示意圖，第一有源層和第二有源層的多重堆疊方式為M/N/M/N的V形坑對稱組合，形成2個開口向上/2個開口向下V形坑的對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

圖3為本發(fā)明實施例的剝離、轉移、翻轉技術示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例的多量子阱表面處理和界面連接技術的界面連接層示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例的1個開口向上/1個開口向下V形坑對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

圖6為本發(fā)明實施例的1個開口向上/1個開口向下V形坑非對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

圖7為本發(fā)明實施例的2個開口向上V形坑對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

圖8為本發(fā)明實施例的2個開口向上V形坑非對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

圖9為本發(fā)明實施例的2個開口向上/1個開口向下V形坑對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

圖示說明：100：襯底，101：緩沖層，102：第一導電型的第一半導體層，103：具有開口向上V形坑（104）多量子阱的第一有源層，105a/b/c…：界面連接層，106a/b/c…：具有開口向下V形坑（107a/b/c…）多量子阱的第二有源層，108b/c…：具有開口向上V形坑（109b/c…）多量子阱的第一有源層，110：第二導電型的第二半導體層，111：第二導電型的接觸層。

具體實施方式

傳統(tǒng)的氮化物發(fā)光二極管，因晶格失配和熱失配在氮化物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-pits，如圖1所示；因V-pits的側壁的勢壘大于多量子阱的勢壘，導致電子不易躍遷進入V-pits的缺陷非輻射復合中心，同時，V-pits側壁可對多量子阱發(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。采用傳統(tǒng)外延生長方法只能生長一個多量子阱，且V形坑開口只能向上，無法生長多重壘層且V-pits開口可控且可組合的多量子阱。本發(fā)明通過剝離、轉移、翻轉等技術對V形坑多量子阱進行調控和組合，可以多重堆疊和連結多個多量子阱，從而形成V形坑的對稱或非對稱組合，調控組合后的V形坑的體積、形態(tài)和密度，提升氮化物發(fā)光二極管的發(fā)光強度和發(fā)光效率。

實施例1

一種具有多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管的結構及制作方法如下：

步驟（1）：如圖2所示，在MOCVD金屬有機化學氣相外延設備中，在襯底100上外延生長緩沖層101和第一導電類型的第一半導體層102，該層為n型摻雜層，Si摻濃度為5×18~5×19cm^-3，外延生長傳統(tǒng)的具有開口向上V形坑（V-pits）104的多量子阱的第一有源層 103，通過界面處理技術使第一有源層的上表面呈現(xiàn)Ga-極性面。

步驟（2）：按步驟（1）的方法外延生長N個傳統(tǒng)的具有開口向上V形坑多量子阱，然后采用剝離、轉移、翻轉的方法，制作M個具有開口向下V形坑107a/b/c…多量子阱的第二有源層106a/b/c…，如圖3所示。采用界面處理技術對界面連接層105a/b/c…進行處理，使其上下表面具有Ga-極性與N-極性，如圖4所示，界面處理技術包括：高溫H化處理去除界面N原子，形成Ga-極性界面，以及高溫氮化處理形成N-極性面，處理溫度為800~1200℃，優(yōu)選1000℃。

步驟（3）：接步驟（1）生長M個具有開口向下V形坑的多量子阱的外延片，并進行剝離、轉移，制作具有開口向上V形坑109b/c…多量子阱的第一有源層108b/c…，通過界面處理技術對界面連接層105a/b/c…進行處理，使其上下表面具有Ga-極性與N-極性，如圖4所示，界面處理技術包括：高溫H化處理去除界面N原子，形成Ga-極性界面，以及高溫氮化處理形成N-極性面，處理溫度為800~1200℃，優(yōu)選1000℃。

步驟（4）：通過界面連接層105a/b/c…將轉移出的N個開口向下V形坑107a/b/c…多量子阱的第二有源層106a/b/c…和M個開口向上V形坑109b/c…多量子阱的第三有源層108b/c…進行多重堆疊，對第一和第二有源層進行M/N/M/N的V形坑對稱多重堆疊，形成2個開口向上/2個開口向下V形坑的對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管，其中界面連接層的材料選擇氮化物材料，厚度為1 ~100個原子層。

步驟（5）：在多重堆疊多量子阱上依次生長第二導電型的第二半導體層和第二導電型的接觸層。

通過以上步驟制作形成2個開口向上/2個開口向下V形坑的對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管，可以調控組合V形坑的體積、形態(tài)和密度，從而提升量子效應和發(fā)光效率。

實施例2

如圖5所示，采用與實施1類似的制作方法，將1個開口向下V形坑107a多量子阱的第二有源層106a采用界面連接層105a堆疊在具有開口向下V形坑104的第一有源層103上，V形坑之間采用對稱堆疊的組合方式，制作形成1個開口向上V-pits /1個開口向下V形坑的對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

實施例3

如圖6所示，采用與實施1類似的制作方法，將1個開口向下V形坑107a多量子阱的第二有源層106a采用界面連接層105a堆疊在具有開口向下V形坑104的第一有源層103上，V形坑之間采用非對稱堆疊的組合方式，制作形成1個開口向上/1個開口向下V形坑的非對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

實施例4

如圖7所示，采用與實施1類似的制作方法，將1個開口向上V形坑109a多量子阱的第三有源108a層采用界面連接層105b堆疊在具有開口向下V形坑104的第一有源層103上，V形坑之間采用對稱堆疊的組合方式，制作形成2個開口向上V形坑的對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

實施例5

如圖8所示，采用與實施1類似的制作方法，將1個開口向上V形坑109a多量子阱的第三有源層108a采用界面連接層105b堆疊在具有開口向下V形坑104的第一有源層103上，V形坑之間采用非對稱堆疊的組合方式，制作形成2個開口向上V形坑的非對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

實施例6

如圖9所示，采用與實施1類似的制作方法，將1個開口向下V形坑107a多量子阱的第二有源層106a采用界面連接層105a堆疊在具有開口向下V形坑104的第一有源層103上，將1個開口向上V形坑109b多量子阱的第一有源層108b采用界面連接層105b與第二有源層106a進行連接，V形坑之間采用對稱堆疊的組合方式，制作形成2個開口向上/1個開口向下V形坑的對稱組合的多重堆疊多量子阱的氮化物發(fā)光二極管。

需要說明的是，第二有源層106a/b/c…的開口向下V形坑107a/b/c…和第一有源層108b/c…的開口向上V形坑，可以是以上實施例中的M/N/M/N…或M/M…/N/N…或N/N…/M/M…的組合，但不以此為限，可進行M/N隨機任意組合，從而增強對多重堆疊量子阱的V形坑組合的調控；其中，M≥1，N≥1的整數(shù)。

以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應視權利要求書范圍限定。