[發明專利]一種制備高密度氮化鎵量子點有源層結構的方法

有效

• 申請號: 201110360361.3
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102420277A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 劉斌;張榮;李燁操;謝自力;方賀男;莊喆;陳鵬;修向前;趙紅;陳敦軍;顧書林;韓平;鄭有炓;托馬斯·科奇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01S5/343
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

1.一種嵌段共聚物納米光刻技術制備高密度氮化鎵量子點有源層結構的方法，其特征是以嵌段共聚物光刻制作出納米柱點陣圖形的GaN模板，在所述GaN模板上利用MOCVD二次外延生長GaN層，通過生長參數控制獲得高密度尺寸分布的GaN量子點結構：

步驟如下：1)采用嵌段共聚物光刻技術在模板上制備高密度納米柱點陣圖形，首先在高質量的GaN模板或其它半導體薄膜表面沉積一層SiO₂或SiN_x介質薄膜材料，介質薄膜的典型厚度為10～50nm，將PS和PMMA混合共聚物涂刷至介質薄膜表面，并加熱至1000～1400攝氏度，清洗PMMA后獲得PS納米柱圖形，采用等離子體刻蝕將PS納米柱圖形轉移至介質薄膜層上；將納米柱圖形制備如下參數：直徑為15～30nm，深度為10～20nm，面密度達到0.8～1.0×10¹¹cm^-2；

2)采用反應離子刻蝕(RIE)技術，通入CHF₃和Ar混合氣源進行刻蝕，將納米柱點陣圖形轉移至SiN_x或SiO₂介質薄膜層，最后去掉聚苯乙烯PS點排列即獲得可供MOCVD二次生長GaN納米點結構的模板；

3)GaN基量子點結構生長，利用MOCVD在前述具有SiN_x或SiO₂納米柱點陣圖形的GaN，模板上二次外延生長GaN或GaN/InGaN/GaN量子點結構，采用氮氣(N₂)或者氫氣(H₂)作為載氣，以氨氣(NH₃)、三甲基鎵(TMGa)和三甲基銦(TMIn)作為V和III源，生長溫度控制在800至1150℃范圍，生長時間控制在30至240s范圍，生長壓強控制在76至200Torr，反應氣源V/III摩爾比控制在50至1000；GaN用三甲基鎵(TMGa)源，InGaN同時用三甲基鎵(TMGa)和三甲基銦源。

2.根據權利要求1所述嵌段共聚物納米光刻技術制備高密度氮化鎵量子點有源層結構的方法，其特征是MOCVD生長獲得的GaN基量子點其特征是面密度高達4～8×10¹⁰cm^-2，且具有尺寸分布一致性，其平均半徑為14nm，98％以上的量子點半徑尺寸小于18nm。

3.根據權利要求2所述嵌段共聚物納米光刻技術制備高密度氮化鎵量子點有源層結構的方法，其特征是所制備的GaN/InGaN/GaN量子點，其特征是InGaN量子阱的厚度僅為1.8～2.5nm，量子阱區域的In組分在10％～28％調節，GaN壘層厚度調節范圍為3～5nm，GaN/InGaN/GaN量子阱完全被包裹在納米柱內，從而形成新型的零維量子阱結構。

4.根據權利要求2所述嵌段共聚物納米光刻技術制備高密度氮化鎵量子點有源層結構的方法，其特征是發射藍紫光，是制作高效率LED和LD光電子器件中有源層結構。

5.根據權利要求2所述嵌段共聚物納米光刻技術制備高密度氮化鎵量子點有源層結構的方法，其特征是適用于制備GaAs、InGaAs或InP高密度的尺寸分布均一的量子點結構。