[发明专利]一种具有三维P-N结的半导体发光二极管芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种具有三维P-N结的半导体发光二极管芯片，包含：一个支撑基板；层叠于所述支撑基板上的半导体叠层，该半导体叠层至少包含一层N型半导体层、一层P型半导体层和一层夹于N、P层之间的发光有源层；两个欧姆电极，其特征在于：半导体叠层中的发光有源层及P-N结具有非平面的三维结构。

2.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其特征在于：所述发光有源层的非平面三维结构包含若干个分布密度为1e7～1e10cm-2的中空多面体。

3.根据权利要求2所述的半导体LED芯片，其特征在于：有源区的中空多面体为锥型，中空多面体的纵向剖面成“V”型，在N或P型半导体生长平面的投影为六边形，所有中空多面体的投影占据半导体芯片面积的100%。

4.根据权利要求3所述的半导体LED芯片，其特征在于：N或P型半导体生长平面为极性面，而有源区的“V”型生长面为半极性面。

5.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其特征在于：所述半导体叠层的材料是指用于发光的半导体材料，包括：氮化镓、磷化镓、碳化硅、氧化锌、硫化锌、硒化锌；优选铟镓铝氮材料为：InxGayAl1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1；和铟镓铝磷材料：InxGayAl1-x-yP，0≤x≤1，0≤y≤1。

6.根据权利要求1所述的半导体发光二极管芯片，其特征在于：制作支撑基板的材料为半导体材料、金属材料、或者是半导体和金属构成的复合材料，包括：蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓、磷化镓、铜、铬、铝；优选硅。

7.一种具有三维P-N结的半导体发光二极管芯片的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

A、在生长衬底上生长过渡层；

B、在过渡层上生长N型半导体层；

C、在N型半导体层上生长一层密布着多面体坑体的准备层；

D、在准备层上生长发光有源层：由于准备层的表面大部分为多面体坑体所覆盖，故发光有源层实际上生长在多面体坑体的侧面上，且具有与多面体坑体的侧面相同的晶面取向，因而，形成了具有三维结构的发光有源层；

E、在发光有源层上生长P型半导体层：通过控制生长温度、气压、气氛、生长速率、薄膜厚度，在发光有源层上生长一层半导体薄膜，形成P型半导体层，P型半导体层将表面的多面体坑体填平；因而形成了具有三维结构的P-N结；

F、在由N型半导体层、P型半导体层和发光有源层构成的半导体叠层材料上形成N型欧姆电极和P型欧姆电极，得到本发明的半导体发光二极管芯片。

8.根据权利要求7所述的半导体发光二极管芯片，其特征在于：所述准备层包含若干个分布密度为1e7～1e10cm-2的多面体坑体，所述准备层中的每一个多面体坑体对应形成一个发光有源层的中空多面体。

9.根据权利要求8所述的半导体发光二极管芯片，其特征在于：所述准备层的多面体坑体β角与发光有源层中对应的中空多面体α角相等。

10.根据权利要求8所述的半导体发光二极管芯片，其特征在于：所述准备层中的每个H值与发光有源层对应的h值相关，所述准备层中的每个D值与发光有源层中对应的d值相等。