生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱及制备方法技术

本发明专利技术公开了生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，包括钇铝石榴石衬底、GaN缓冲层和InGaN/GaN量子阱，所述钇铝石榴石衬底上依次生长所述GaN缓冲层和所述InGaN/GaN量子阱。该InGaN/GaN多量子阱缺陷密度低、结晶质量好，发光性能优良。本发明专利技术还公开了所述生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，该制备方法工艺简单，制备成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及InGaN/GaN多量子阱
，尤其涉及生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱及制备方法。
技术介绍
发光二极管(LED)作为一种新型固态照明光源，以其发热量低、耗电量少、反应速度快、寿命长、体积小等优点，被认为是21世纪的绿色照明光源。面对未来大功率照明的市场需求，LED要真正实现大规模广泛应用，其发光效率仍需要进一步提高。目前，LED芯片主要是由生长在蓝宝石衬底上GaN材料体系所制备的。但是，由于蓝宝石与GaN之间的晶格失配高达13.3％，导致外延GaN薄膜过程中产生了密度为～109cm-2的位错缺陷，从而降低了材料的载流子迁移率，缩短了载流子寿命，进而影响了GaN基器件的性能。其次，由于蓝宝石的热导率低(100℃时为25W/m·K)，很难将芯片内产生的热量及时排出，导致热量积累，使器件的内量子效率降低，最终影响器件的性能。众所周知，制备高效高质量的GaN基LED外延片，是以高质量的InGaN/GaN多量子阱为基础的，因此，寻找一种与GaN材料晶格匹配且导热性良好的衬底材料，以用于InGaN/GaN多量子阱的制备显得十分重要。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，该InGaN/GaN多量子阱缺陷密度低、结晶质量好，发光性能优良。本专利技术的第二个目的在于提供所述生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，该制备方法工艺简单，制备成本低廉。本专利技术的第一个目的采用以下技术方案实现：生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，包括钇铝石榴石衬底、GaN缓冲层和InGaN/GaN量子阱，所述钇铝石榴石衬底上依次生长所述GaN缓冲层和所述InGaN/GaN量子阱。优选的，所述钇铝石榴石衬底以(111)面偏(100)面0.5-1°为外延面，所述钇铝石榴石衬底和所述GaN缓冲层的外延取向关系为：GaN缓冲层的(0001)面平行于钇铝石榴石衬底的(111)面。其中，钇铝石榴石又称为Y3Al5O12，即GaN(0001)//Y3Al5O12(111)。优选的，所述GaN缓冲层的厚度为50-200nm；所述InGaN/GaN量子阱中，InGaN阱层的厚度为2-3nm，GaN垒层的厚度为10-15nm，周期数为7-12。本专利技术的第二个目的采用以下技术方案实现：一种生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，包括以下步骤：1)采用钇铝石榴石衬底，以钇铝石榴石衬底的(111)面偏(100)面0.5-1°为外延面，外延生长GaN缓冲层；其中，钇铝石榴石衬底和GaN缓冲层的外延取向关系为：GaN缓冲层的(0001)面平行于钇铝石榴石衬底的(111)面；2)在GaN缓冲层上外延生长InGaN/GaN量子阱。优选的，在外延生长GaN缓冲层前，对钇铝石榴石衬底进行表面退火处理，具体操作如下：将钇铝石榴石衬底放入反应室内，在800-900℃下，氮气氛围中进行原位退火处理1-2h。优选的，外延生长GaN缓冲层的工艺条件为：采用激光辅助分子束外延生长工艺，将钇铝石榴石衬底的温度保持在400-500℃，控制反应室的压力为4.0-6.0×10-3Torr、激光能量为220-300mJ、激光频率为10-30Hz、生长速度为60-80nm/h。优选的，外延生长InGaN/GaN量子阱的工艺条件为：采用分子束外延生长工艺，将钇铝石榴石衬底的温度保持在750-850℃，控制反应室的压力为4.0-5.0×10-5Torr、Ⅴ/Ⅲ值为40-50、生长速度为60-80nm/h。优选的，所述GaN缓冲层的厚度为50-200nm；所述InGaN/GaN量子阱中，InGaN阱层的厚度为2-3nm，GaN垒层的厚度为10-15nm，周期数为7-12。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，采用与GaN晶格失配度低的钇铝石榴石作为衬底，能够有效减少位错的形成，半峰宽数值小，位错密度低，制备出的InGaN/GaN薄膜质量高，制备得到的GaN基光电材料器件的载流子辐射复合效率高，可大幅度提高氮化物器件如半导体激光器、发光二极管及太阳能电池的效率。(2)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，钇铝石榴石衬底以(111)面偏(100)面0.5-1°为外延面，其与GaN缓冲层的外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于Y3Al5O12的(111)面，即GaN(0001)//Y3Al5O12(111)。Y3Al5O12(111)具有与GaN(0001)相同的六方对称性，立方相的Y3Al5O12(111)的晶格参数为因而六方相的Y3Al5O12(111)晶格参数非常接近于GaN(111)晶格参数的两倍，两者的晶格失配度小，保证了Y3Al5O12衬底与GaN缓冲层之间的晶格匹配，有有助于外延生长高质量GaN薄膜及InGaN/GaN量子阱。(3)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，GaN缓冲层的厚度为50-200nm，50-200nm厚的GaN缓冲层可以提供形核的中心并释放薄膜应力，为接下来外延生长高质量InGaN/GaN多量子阱奠定基础。(4)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，在外延生长GaN缓冲层前，对钇铝石榴石衬底进行表面退火处理，退火处理可使衬底获得原子级平整的表面。(5)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，在钇铝石榴石衬底的温度为400～500℃的条件下生长GaN缓冲层，可以有效的抑制衬底和薄膜之间的界面反应，同时为外延生长提供足够多的生长能量。(6)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，采用了低温(400-500℃)外延技术在钇铝石榴石衬底上先外延生长一层GaN缓冲层，通过生长GaN缓冲层可以获得岛状GaN，为下一步沉积高质量低缺陷的多量子阱层做铺垫，有利于提高器件的光电性能。(7)本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，生长工艺独特且简单易行，具有可重复性。附图说明图1为本专利技术所提供的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的截面示意图；图2为本专利技术实施例1所制备的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的ω-2θ扫描图谱；图3为本专利技术实施例1所制备的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的PL谱测试图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：如图1所示，生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，包括钇铝石榴石衬底11、GaN缓冲层12和InGaN/GaN量子阱13，钇铝石榴石衬底11上依次生长GaN缓冲层12和InGaN/GaN量子阱13。进一步的，所述钇铝石榴石衬底以(111)面偏(100)面0.5-1°为外延面，所述钇铝石榴石衬底和所述GaN缓冲层的外延取向关系为：GaN缓冲层的(00本文档来自技高网...

【技术保护点】
生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，其特征在于，包括钇铝石榴石衬底、GaN缓冲层和InGaN/GaN量子阱，所述钇铝石榴石衬底上依次生长所述GaN缓冲层和所述InGaN/GaN量子阱。

【技术特征摘要】
1.生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，其特征在于，包括钇铝石榴石衬底、GaN缓冲层和InGaN/GaN量子阱，所述钇铝石榴石衬底上依次生长所述GaN缓冲层和所述InGaN/GaN量子阱。2.根据权利要求1所述的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，其特征在于，所述钇铝石榴石衬底以(111)面偏(100)面0.5-1°为外延面，所述钇铝石榴石衬底和所述GaN缓冲层的外延取向关系为：GaN缓冲层的(0001)面平行于钇铝石榴石衬底的(111)面。3.根据权利要求1所述的生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱，其特征在于，所述GaN缓冲层的厚度为50-200nm；所述InGaN/GaN量子阱中，InGaN阱层的厚度为2-3nm，GaN垒层的厚度为10-15nm，周期数为7-12。4.一种生长在钇铝石榴石衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用钇铝石榴石衬底，以钇铝石榴石衬底的(111)面偏(100)面0.5-1°为外延面，外延生长GaN缓冲层；其中，钇铝石榴石衬底和GaN缓冲层的外延取向关系为：GaN缓冲层的(0001)面平行于钇铝石榴石衬底的(111)面；2)在GaN缓冲层上外延生长InGaN/GaN量子阱。5.根据权利要求4所述的生长在钇铝石榴石...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44