生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱制造技术

本实用新型专利技术属于LED材料的技术领域，公开了生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱。所述生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱包括LiGaO2衬底，生长在LiGaO2衬底上的非极性GaN纳米柱模板层，生长在非极性GaN纳米柱模板层中纳米柱阵列上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱。所述非极性GaN纳米柱模板层包括非极性GaN缓冲层和非极性GaN纳米柱阵列。本实用新型专利技术生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱能够提高材料的光电性能，提高了载流子的辐射复合效率，可大幅度提高氮化物器件的发光效率。

Nonpolar InGaN/GaN multi quantum well nanoscale grown on LiGaO2 substrate

The utility model belongs to the technical field of LED materials, and discloses a non polar InGaN/GaN multi quantum well nanocolumn grown on a LiGaO2 substrate. Non polar InGaN/GaN multiple quantum wells of the nanorods grown on LiGaO2 substrates including LiGaO2 substrate grown on LiGaO2 substrates of nonpolar GaN nanorod template layer growth in non polar polar InGaN/GaN nano GaN nano column template layer pillar array multi quantum well nanorods. The non polar GaN nanoscale template layer includes the non-polar GaN buffer layer and the non-polar GaN nanoscale array. The non-polar InGaN/GaN multi quantum well nano column grown on the LiGaO2 substrate can improve the photoelectric performance of the material, enhance the radiation recombination efficiency of the carriers, and greatly improve the luminous efficiency of nitride devices.

【技术实现步骤摘要】
生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱
本技术涉及非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，特别涉及生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱。
技术介绍
半导体发光二极管(LED)是高效、节能、环保的新一代光源产品。作为极具发展前景的新兴产业，近年来，LED产业迅速成为国际科技竞争的新焦点，也成为我国战略性新兴产业发展的重点。GaN及其相关III族氮化物由于其独特的物理化学性能，使其成为了制造高效蓝白光LED器件最为理想的材料。目前，GaN基LED主要采用异质衬底进行外延，存在晶格失配及热失配等问题，造成GaN的晶体缺陷多、质量差，这在一定程度上削弱了LED器件的性能。针对这些问题，纳米柱LED体现出了巨大的潜力。第一，异质外延的GaN纳米柱的晶体质量优于异质外延GaN薄膜。纳米柱外延具有高的面容比(面积/体积)，能够显著降低穿透到纳米柱上方的位错密度。因此采用异质外延的GaN纳米柱的位错密度明显低于薄膜中的位错密度。第二，纳米柱LED可通过控制GaN纳米柱的尺寸，改变GaN纳米柱LED的发光波长，制备单芯片多色发光的GaN纳米柱LED。这一特性为实现低成本白光LED的制备开辟了新的道路。第三，GaN纳米柱LED可大幅度提高LED的出光效率。通过优化GaN纳米柱距离，可实现光的耦合出射,提高LED的出光效率。目前，GaN纳米柱LED大多基于其极性面构建而成，对于非极性面的GaN纳米柱LED鲜有研究。然而，极性面GaN存在的量子束缚斯塔克效应(QCSE)会造成LED能带弯曲、倾斜，从而引起电子与空穴的分离，严重的降低了载流子的辐射复合效率，并造成LED发光波长不稳定。采用非极性面进行GaN基LED的外延被证明是能够有效的解决QSCE效应的方法。随着对非极性GaN基LED的深入研究，非极性GaN的优点也逐渐清晰。采用非极性面外延GaN基LED，克服了QCSE效应理论造成的电子与空穴的分离，可以提高近一倍的LED发光效率。其次，非极性GaN基LED能够抑制能带弯曲和倾斜所引起的波长偏移，从而使器件获得稳定的波长。可见，采用非极性面外延GaN纳米柱LED，能够在基于传统纳米柱LED结构的优势基础上，结合非极性面GaN在解决QCSE效应上的优点，提升LED的效率、稳定发光波长。而获得高效非极性GaN纳米柱LED的一大关键，在于制备出高质量的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱材料，这也是目前亟待研究的重点。
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LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，具有生长工艺简单，制备成本低廉的优点，且制备的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱缺陷密度低、结晶质量好。本技术的目的通过以下技术方案实现；生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，包括LiGaO2衬底，生长在LiGaO2衬底上的非极性GaN纳米柱模板层，生长在非极性GaN纳米柱模板层中纳米柱阵列上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱。所述非极性GaN纳米柱模板层包括非极性GaN缓冲层和非极性GaN纳米柱阵列，所述非极性GaN纳米柱阵列设置在非极性GaN缓冲层上，非极性GaN缓冲层生长在LiGaO2衬底上。所述非极性GaN纳米柱模板层的GaN[0001]面//LiGaO2[001]面，GaN[11-20]面//LiGaO2[010]面。所述纳米柱阵列为具有纳米级周期性图案的纳米柱阵列，即具有纳米级尺寸、相同大小的周期性正六角形图案，图案边长为20～60nm，相邻图案之间的距离即相邻纳米柱间的距离为5～10nm。所述生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱还包括保护层，所述保护层沉积在未被非极性GaN纳米柱阵列覆盖的非极性GaN缓冲层上，或者沉积在未被非极性GaN纳米柱阵列覆盖的非极性GaN缓冲层和非极性GaN纳米柱阵列的侧壁上。所述保护层为SixNy保护层，其中x＝1-3，y＝2-4。所述LiGaO2衬底以(100)晶面偏向(110)方向0.5～1°为外延面。所述非极性GaN纳米柱模板层的厚度为30～200nm；所述非极性GaN纳米柱模板层中纳米柱的高度为10～30nm；所述保护层(SixNy保护层)的厚度为5～20nm；所述非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱为7～12个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为2～4nm；GaN垒层的厚度为10～15nm。生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备方法，包括以下步骤：(1)衬底以及其晶向的选取：采用LiGaO2衬底，以(100)晶面偏(110)方向0.5～1°为外延面；(2)衬底表面抛光、清洗以及退火处理，所述衬底表面抛光的具体过程为：首先将LiGaO2衬底表面用金刚石泥浆进行抛光，配合光学显微镜观察衬底表面，直到没有划痕后，再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理；所述清洗的具体过程为：将LiGaO2衬底放入去离子水中室温下超声清洗3～5分钟，去除LiGaO2衬底表面粘污颗粒，再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干；所述退火的具体过程为：将衬底放入反应室内，在800～900℃下氮气氛围中对LiGaO2衬底进行原位退火处理1～2小时，退火处理可使衬底获得原子级平整的表面；(3)非极性GaN模板层外延生长：采用脉冲激光沉积工艺，将衬底保持在450～550℃，在反应室的压力为3.0～6.0×10-3Torr、激光能量为200～300mJ、激光频率为10～30Hz、氮气流量为4～6sccm条件下生长非极性GaN薄膜，Ga源为烧结的GaN靶材；所述非极性GaN纳米柱模板层的GaN[0001]面//LiGaO2[001]面，GaN[11-20]面//LiGaO2[010]面；(4)非极性GaN模板层的掩膜版制作：采用纳米压印及光刻显影工艺，在步骤(3)得到的非极性GaN模板层上制作具有纳米级周期性图案的掩膜版，其中，纳米级周期性图形中的周期结构为具有纳米级尺寸、相同大小的周期性正六角形图案，图案边长为20～60nm，相邻图案之间的距离为5～10nm；(5)非极性GaN纳米柱模板层的图形制作：采用等离子体刻蚀工艺对非极性GaN模板层进行刻蚀，将掩膜版上的图形转移至非极性GaN模板层，得到具有纳米级周期性图案的纳米柱阵列和非极性GaN缓冲层(即未被刻蚀的非极性GaN模板层)，纳米柱的截面图形与掩模版图案一致，相邻纳米柱之间的距离为5～10nm；(6)保护层(SixNy)的沉积：采用气相沉积工艺，沉积温度为300～500℃，沉积气氛为N2，在步骤(5)得到的非极性GaN纳米柱模板层上沉积保护层(SixNy)；(7)采用酸溶液浸泡，去除非极性GaN纳米柱模板层上的掩膜版及掩膜版上的保护层(SixNy)，以露出未被保护层覆盖的纳米柱阵列，为后续非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱的生长提供生长模板；(8)非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱GaN垒层外延生长：采用金属有机化合物气相沉积工艺，生长温度为800～820℃，通入氨气、氮气和三本文档来自技高网...

【技术保护点】
生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于：包括LiGaO2衬底，生长在LiGaO2衬底上的非极性GaN纳米柱模板层，生长在非极性GaN纳米柱模板层中纳米柱阵列上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱。

【技术特征摘要】
1.生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于：包括LiGaO2衬底，生长在LiGaO2衬底上的非极性GaN纳米柱模板层，生长在非极性GaN纳米柱模板层中纳米柱阵列上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱。2.根据权利要求1所述生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于：所述非极性GaN纳米柱模板层包括非极性GaN缓冲层和非极性GaN纳米柱阵列，所述非极性GaN纳米柱阵列设置在非极性GaN缓冲层上，非极性GaN缓冲层生长在LiGaO2衬底上。3.根据权利要求1所述生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于：所述生长在LiGaO2衬底上的非极性InGaN/GaN多量子阱纳米柱还包括保护层，所述保护层沉积在未被非极性GaN纳米柱阵列覆盖的非极性GaN缓冲层上，或者沉积在未被非极性GaN纳米柱阵列覆盖的非极性GaN缓冲层和非极性GaN纳米柱阵列的侧壁上。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，王海燕，杨为家，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44