[發(fā)明專利]一種具有三維P-N結的半導體發(fā)光二極管芯片及其制備方法

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• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105428486A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 張建立;全知覺;劉軍林
• 申請（專利權）人: 南昌大學;南昌黃綠照明有限公司
• 主分類號: H01L33/24
• 分類號: H01L33/24;H01L33/00
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 張文

1.一種具有三維P-N結的半導體發(fā)光二極管芯片，包含：一個支撐基板；層疊于所述支撐基板上的半導體疊層，該半導體疊層至少包含一層N型半導體層、一層P型半導體層和一層夾于N、P層之間的發(fā)光有源層；兩個歐姆電極，其特征在于：半導體疊層中的發(fā)光有源層及P-N結具有非平面的三維結構。

2.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述發(fā)光有源層的非平面三維結構包含若干個分布密度為1e7～1e10cm-2的中空多面體。

3.根據(jù)權利要求2所述的半導體LED芯片，其特征在于：有源區(qū)的中空多面體為錐型，中空多面體的縱向剖面成“V”型，在N或P型半導體生長平面的投影為六邊形，所有中空多面體的投影占據(jù)半導體芯片面積的100%。

4.根據(jù)權利要求3所述的半導體LED芯片，其特征在于：N或P型半導體生長平面為極性面，而有源區(qū)的“V”型生長面為半極性面。

5.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述半導體疊層的材料是指用于發(fā)光的半導體材料，包括：氮化鎵、磷化鎵、碳化硅、氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅；優(yōu)選銦鎵鋁氮材料為：InxGayAl1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1；和銦鎵鋁磷材料：InxGayAl1-x-yP，0≤x≤1，0≤y≤1。

6.根據(jù)權利要求1所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其特征在于：制作支撐基板的材料為半導體材料、金屬材料、或者是半導體和金屬構成的復合材料，包括：藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵、銅、鉻、鋁；優(yōu)選硅。

7.一種具有三維P-N結的半導體發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于：包含以下步驟：

A、在生長襯底上生長過渡層；

B、在過渡層上生長N型半導體層；

C、在N型半導體層上生長一層密布著多面體坑體的準備層；

D、在準備層上生長發(fā)光有源層：由于準備層的表面大部分為多面體坑體所覆蓋，故發(fā)光有源層實際上生長在多面體坑體的側(cè)面上，且具有與多面體坑體的側(cè)面相同的晶面取向，因而，形成了具有三維結構的發(fā)光有源層；

E、在發(fā)光有源層上生長P型半導體層：通過控制生長溫度、氣壓、氣氛、生長速率、薄膜厚度，在發(fā)光有源層上生長一層半導體薄膜，形成P型半導體層，P型半導體層將表面的多面體坑體填平；因而形成了具有三維結構的P-N結；

F、在由N型半導體層、P型半導體層和發(fā)光有源層構成的半導體疊層材料上形成N型歐姆電極和P型歐姆電極，得到本發(fā)明的半導體發(fā)光二極管芯片。

8.根據(jù)權利要求7所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述準備層包含若干個分布密度為1e7～1e10cm-2的多面體坑體，所述準備層中的每一個多面體坑體對應形成一個發(fā)光有源層的中空多面體。

9.根據(jù)權利要求8所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述準備層的多面體坑體β角與發(fā)光有源層中對應的中空多面體α角相等。

10.根據(jù)權利要求8所述的半導體發(fā)光二極管芯片，其特征在于：所述準備層中的每個H值與發(fā)光有源層對應的h值相關，所述準備層中的每個D值與發(fā)光有源層中對應的d值相等。