生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱制造技术

技术编号:15569041 阅读:609 留言:0更新日期:2017-06-10 02:52
本实用新型专利技术属于纳米阵列的多量子阱的技术领域,公开了生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱。生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,包括生长在La

【技术实现步骤摘要】
生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱
本技术涉及纳米阵列的多量子阱与生长领域,特别涉及生长在铝酸锶钽镧(La0.3Sr1.7AlTaO6)衬底上的纳米柱多量子阱。
技术介绍
GaN及其相关的III族氮化物在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质,已经被广泛地应用于制备发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)和场效应晶体管等器件。近年来,GaN基纳米柱LED作为一种具有潜力的LED结构而备受关注,这是由于与平面结构LED相比,首先纳米柱LED具有高的面容比(面积/体积),能够显著降低穿透位错密度;其次,纳米柱LED可大幅度提高LED的出光效率,实现光的耦合出射;最后可通过控制纳米柱LED的尺寸,改变纳米柱LED的发光波长,制备出单芯片多色发光的纳米柱LED,为实现低成本白光LED的制备开辟了新的道路。目前科研工作者们生长的纳米柱LED主要是在蓝宝石衬底上获得的,蓝宝石与GaN的晶格失配和热失配高,导致GaN纳米柱中形成很高的位错密度,从而降低材料的载流子迁移率,最终影响了器件的性能。La0.3Sr1.7AlTaO6衬底与GaN的晶格失配和热失配分别仅为0.1%和3.6%,是外延GaN最佳衬底之一。但La0.3Sr1.7AlTaO6衬底高温下化学性质不稳定,因此要使La0.3Sr1.7AlTaO6衬底上纳米柱LED能够真正实现大规模应用,迫切需要寻找La0.3Sr1.7AlTaO6衬底上生长纳米柱LED的新方法及工艺。另外,制备高质量InGaN/GaN多量子阱是高效GaN基纳米柱LED的基础。与GaN薄膜的生长机理有所区别,GaN基纳米柱的掺杂、多量子阱的生长都会受到纳米柱尺寸、间距等因素的影响,因此新型衬底上外延生长制备高质量InGaN/GaN纳米柱多量子阱势必是研究的难点与热点。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本技术的目的在于提供一种生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,所选择的铝酸锶钽镧衬底材料成本低廉,所制备的纳米柱阵列尺寸可控,取向均一,所获得的InGaN/GaN纳米柱多量子阱的缺陷密度低、电学和光学性能优良。本技术的目的通过以下技术方案实现:生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,包括La0.3Sr1.7AlTaO6衬底,生长在La0.3Sr1.7AlTaO6衬底上的AlN成核层,生长在AlN成核层上的GaN纳米柱模板,生长在纳米柱模板上的AlN/GaN超晶格层,生长在AlN/GaN超晶格层上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱。所述GaN纳米柱模板是将生长在AlN成核层上的GaN缓冲层通过纳米压印技术和刻蚀制备而成的。所述GaN缓冲层的厚度为500~1000nm。所述缓冲层采用脉冲激光沉积(PLD)技术来实现低温下外延生长,能够有效缓解La0.3Sr1.7AlTaO6衬底高温下不稳定,与缓冲层之间发生严重界面反应的问题。所述La0.3Sr1.7AlTaO6衬底以(111)面偏(100)方向0.5~1°为外延面,晶体外延取向关系为:GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6的(111)面。所述GaN纳米柱模板的GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6的(111)面。所述GaN纳米柱模板通过采用TracePro软件优化纳米柱排布,采用纳米压印技术和刻蚀技术将GaN缓冲层制备而成,所获得的纳米柱阵列尺寸均匀,然后将所制备的纳米柱模板转移到金属有机化合物气相沉积反应腔(MOCVD)中通过选区生长进行纳米柱多量子阱的制备。所述GaN纳米柱模板为GaN纳米柱阵列。所述GaN纳米柱模板的高度和GaN缓冲层相同。所述AlN成核层的厚度为100~200nm;所述GaN纳米柱模板的高度为500~1000nm,直径为100~200nm,相邻间距为150~250nm。所述AlN/GaN超晶格层为15~25个周期的AlN层/GaN层,总厚度为20~100nm,其中AlN层的厚度为1~2nm,GaN层的厚度为1~2nm。所述InGaN/GaN纳米柱多量子阱为8~13个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为3~5nm,GaN垒层的厚度为10~15nm。所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,还包括隔离层,所述隔离层沉积在GaN纳米柱模板的侧壁和未被GaN纳米柱模板的AlN成核层上。所述隔离层厚度为10~50nm。所述隔离层的材料为SiNx、SiO2或者Al2O3。所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱的制备方法,包括以下步骤:(1)衬底以及其晶向的选取:采用La0.3Sr1.7AlTaO6衬底,以(111)面偏(100)方向0.5~1°为外延面,晶体外延取向关系为:GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6的(111)面;(2)衬底表面抛光、清洗以及退火处理,所述退火的具体过程为:将衬底放入退火室内,在800~900℃下空气氛围中对La0.3Sr1.7AlTaO6衬底进行退火处理3~5小时然后空冷至室温;(3)AlN成核层外延生长:采用PLD技术,衬底温度调为450~550℃,在反应室的压力为5.0×10-3~7.0×10-3Torr、生长速度为0.2~0.3ML/s的条件下生长100~200nm厚的AlN成核层;(4)GaN缓冲层外延生长:采用PLD技术,衬底温度为650~850℃,在反应室的压力为5.0×10-3~7.0×10-3Torr、生长速度为0.4~0.6ML/s的条件下在AlN成核层上生长GaN缓冲层,缓冲层厚度为500~1000nm;(5)GaN纳米柱模板的制备:采用TracePro软件优化纳米柱排布,采用纳米压印技术和干法刻蚀工艺对GaN缓冲层进行向下刻蚀,得到GaN纳米柱模板即GaN纳米柱阵列,纳米柱阵列的高度为500~1000nm,直径为100~200nm,相邻间距为150~250nm;(6)隔离层的制备:利用化学气相沉积、原子层沉积或磁控溅射技术在GaN纳米柱模板的侧壁和未被GaN纳米柱模板覆盖的AlN成核层沉积隔离层;所述隔离层的材料为SiNx、SiO2或者Al2O3,隔离层的厚度为10~50nm;(7)AlN/GaN超晶格层的外延生长:在MOCVD中,反应室温度保持在720~780℃,反应室的压力为150~200Torr,在GaN纳米柱模板的顶部生长15~25个周期AlN/GaN超晶格层,其中AlN层厚度1~2nm,GaN层的厚度为1~2nm,总厚度为20~100nm;(8)InGaN/GaN纳米柱多量子阱的外延生长:在MOCVD中,反应室温度保持在700~780℃,反应室的压力为150~200Torr,通入氨气、氮气、三甲基镓和三甲基铟,在步骤(7)得到的AlN/GaN超晶格层上生长InGaN/GaN纳米柱多量子阱,InGaN/GaN量子阱为8~13个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为3~5nm,GaN垒层的厚度为10~15nm。与现有技术相比,本技术具有以下优点和有益效果:(1)本技术使用La0.3Sr1.7AlTaO6作为衬底,La本文档来自技高网
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生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱

【技术保护点】
生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,其特征在于:包括La

【技术特征摘要】
1.生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,其特征在于:包括La0.3Sr1.7AlTaO6衬底,生长在La0.3Sr1.7AlTaO6衬底上的AlN成核层,生长在AlN成核层上的GaN纳米柱模板,生长在纳米柱模板上的AlN/GaN超晶格层,生长在AlN/GaN超晶格层上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱。2.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,其特征在于:所述La0.3Sr1.7AlTaO6衬底以(111)面偏(100)方向0.5~1°为外延面,晶体外延取向关系为:GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6的(111)面。3.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,其特征在于:所述GaN纳米柱模板的GaN的(0001)面平行于La0.3Sr1.7AlTaO6的(111)面。4.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN纳米柱多量子阱,其特征在于:所述GaN纳米柱模板为GaN纳米柱阵列;所述GaN纳米柱模板的高度和GaN缓冲层相同。5.根据权利要求1所述生长在铝酸锶钽镧衬底上的InGaN/GaN...

【专利技术属性】
技术研发人员:李国强杨美娟林云昊李媛
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:新型
国别省市:广东,44

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