[发明专利]一种半导体发光二极管及其制作方法

权利要求书

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。

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进行氮化处理，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，形成倒V形的GaN纳米柱和Ga量子点；

(5)根据量子阱的周期数目重复步骤(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。

7.根据权利要求6所述的一种半导体发光二极管的制作方法，其特征在于：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；或采用阴极荧光成像技术，利用V形坑不发光而多量子阱区域发光的原理，定位V形坑位置，记录其坐标。

8.根据权利要求6所述的一种半导体发光二极管的制作方法，其特征在于：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。

9.根据权利要求6所述的一种半导体发光二极管的制作方法，其特征在于：所述的掩膜层的掩膜材料为光刻胶、SiO₂、SiNx、PS球中的一种。