[發明專利]生長在Si襯底上的InN納米柱外延片及其制備方法

有效

• 申請號: 201611166965.3
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106783948B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 李國強;高芳亮;溫雷;張曙光;徐珍珠;韓晶磊;余粵鋒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L21/02;C30B23/02;C30B29/60;C30B29/40;C30B29/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳文姬

本發明公開了生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，由下至上依次包括Si襯底、In金屬納米微球層和InN納米柱層。所述In金屬納米微球層中的In金屬納米微球的直徑為20?70nm。所述InN納米柱層中InN納米柱直徑為40?80nm。本發明還公開了生長在Si襯底上的InN納米柱外延片的制備方法。本發明的納米柱直徑均一，同時解決了InN因與Si之間存在較大晶格失配而在其中產生大量位錯的技術難題，大大減少了InN納米柱外延層的缺陷密度，有利提高了載流子的輻射復合效率，可大幅度提高氮化物器件如半導體激光器、發光二極管的發光效率。

技術領域

本發明涉及InN納米柱外延片及制備方法，特別涉及生長在Si襯底上的InN納米柱外延片及其制備方法。

背景技術

III-V族氮化物由于穩定的物理化學性質、高的熱導率和高的電子飽和速度等優點，廣泛應用于發光二極管(LED)、激光器和光電子器件等方面。在III-V族氮化物中，氮化銦(InN)由于其自身獨特的優勢而越來越受到研究者的關注。在III族氮化物半導體中，InN具有最小的有效電子質量、最高的載流子遷移率和最高飽和渡越速度，對于發展高速電子器件極為有利。不僅如此，InN具有最小的直接帶隙，其禁帶寬度約為0.7eV，這就使得氮化物基發光二極管的發光范圍從紫外(6.2eV)拓寬至近紅外區域(0.7eV)，在紅外激光器、全光譜顯示及高轉換效率太陽電池等方面展示了極大的應用前景。與其他III-V族氮化物半導體材料相比，InN材料除具有上述優點外，其納米級的材料在量子效應、界面效應、體積效應、尺寸效應等方面還表現出更多新穎的特性。

目前，III-V族氮化物半導體器件主要是基于藍寶石襯底上外延生長和制備。然而，藍寶石由于熱導率低，以藍寶石為襯底的大功率氮化物半導體器件產生的熱量無法有效釋放，導致熱量不斷累計使溫度上升，加速氮化物半導體器件的劣化，存在器件性能差、壽命短等缺點。相比之下，Si的熱導率比藍寶石高，且成本較低。在Si襯底上制備高性能、低成本的氮化物半導體器件是必然的發展趨勢。然而，在Si襯底上生長直徑均一、有序性高的InN納米柱是制備高性能氮化物半導體光電器件的先提條件。由于Si與InN之間的晶格失配和熱失配大；同時，在生長初期，襯底表面的In和N原子分布比例的差異，導致生長的InN納米柱會有高度、徑長不均勻、有序性差等情況。

目前多數采用在Si襯底上直接生長InN納米柱，這種生長方法所獲得的納米柱直徑不均一，也就是頂部和底部的直徑不一致，呈倒金字塔、壘球棒等形貌的納米柱。若采用In、Ni、Au等作為催化劑進行InN納米柱的生長，作為催化劑的In、Ni和Au等金屬在生長后存在于InN的頂端，在后續進行器件制作時，需要把頂端的金屬催化劑去除，增加了器件工藝的復雜性。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，通過Si襯底上的In金屬納米微球，首先，In金屬納米微球作為在InN納米柱生長過程中的In補充源，有利于高有序性、直徑均一InN納米柱的形核與生長；其次，解決了InN因與Si之間存在較大晶格失配而在其中產生大量位錯的技術難題，大大減少了InN納米柱外延層的缺陷密度，有利提高了載流子的輻射復合效率，可大幅度提高氮化物器件如半導體激光器、發光二極管的發光效率。

本發明的另一目的在于提供上述生長在Si襯底上的InN納米柱外延片的制備方法，具有生長工藝簡單，納米柱形貌可控、制備成本低廉的優點。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，由下至上依次包括Si襯底、In金屬納米微球層和InN納米柱層。

所述In金屬納米微球層中的In金屬納米微球的直徑為20-70nm。

所述InN納米柱層中InN納米柱直徑為40-80nm。

所述的生長在Si襯底上的InN納米柱外延片的制備方法，包括以下步驟：