[發明專利]InGaN量子點的外延生長方法及其應用

有效

• 申請號: 201810299704.1
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108598223B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 江靈榮;田愛琴;劉建平;張書明;池田昌夫;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所;中國科學院大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/32;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;呂穎

本發明公開了一種InGaN量子點的外延生長方法，其包括步驟：A、在外延生長裝置中，在襯底上依次疊層生長n型GaN層、第一GaN壘層和InGaN阱層；B、在InGaN阱層上制作GaN量子點；C、以GaN量子點為掩膜，刻蝕InGaN阱層，在GaN壘層上獲得InGaN量子點；D、生長GaN蓋層；E、在GaN蓋層上生長第二GaN壘層，獲得InGaN量子點外延結構。本發明通過制作GaN量子點，并以該GaN量子點作為掩膜來制作InGaN量子點的方法，可在襯底上制備獲得尺寸均勻且可控的InGaN量子點；由此，以基于上述獲得的InGaN量子點的InGaN量子點外延結構作為發光層而形成的發光器件，可具有更小的發光半寬。本發明還公開了一種具有上述外延生長方法獲得的InGaN量子點外延結構的發光器件。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體來講，涉及一種InGaN量子點的外延生長方法及其應用。

背景技術

在基于InGaN材料的固態照明與顯示領域，傳統的以量子阱(QW)作為有源區結構的器件已經相當成熟，特別是藍光LED、LD的效率非常高，商業應用也是極為廣泛。然而，發光器件都飽受所謂的“efficiency droop”的困擾，即隨著注入電流的增加，發光效率會迅速下降，這會導致器件為了維持效率只得工作在較低的電流密度下(對于LED，電流密度一般小于10A/cm²)，從而限制了其在大功率領域的應用。導致“efficiency droop”的原因很多，但主要是俄歇復合效應，根據經典的ABC模型，隨著pn結注入的載流子增加，導致量子阱區域載流子密度升高，而俄歇復合幾率正比于載流子密度的三次方，所以俄歇復合會隨著注入載流子的增加而增加。考慮到這些因素，業界提出采用量子點代替量子阱作為有源區核心，量子點作為一種準零維材料，其三維尺度在幾十個納米量級，從而能在三維方向上對載流子進行限制，階梯狀分布的態密度確保了波函數交疊大幅提高，從而有效提高發光效率，這樣在較小的載流子密度下也能獲得足夠的發光強度，也就緩解了俄歇復合帶來的“efficiency droop”。此外，采用量子點作為有源區的材料還有其它一些優勢，比如對于激光器而言有較小的閾值電流密度，更好的器件穩定性等。基于量子點的發光器件在GaAs領域早已得到應用，但是在InGaN領域仍處于研究期間。

目前生長InGaN量子點的一種主流方法是基于S-K生長模式，即首先在異質襯底上外延一層InGaN，并且外延層的厚度要大于晶格失配的閾值厚度，使得外延層發生弛豫，從而弛豫的應力會使得InGaN潤濕層上自發形成InGaN量子點。但是，采用S-K生長模式生長量子點必須是存在晶格失配的異質體系，所形成的InGaN量子點尺寸也非常不均勻，且不好控制。

因此，探索一種能夠在襯底上制備尺寸均勻且可控的InGaN量子點的方法是亟待解決的問題。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種InGaN量子點的外延生長方法，該方法通過控制Ga源的流量、時間、溫度等生長工藝參數，可以在襯底上制備獲得均勻的InGaN量子點，由此可使基于其的發光器件的發光半寬更小。

為了達到上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種InGaN量子點的外延生長方法，包括步驟：

S1、將襯底置于外延生長裝置中，在所述襯底上疊層生長n型GaN層和第一GaN壘層；

S2、在所述第一GaN壘層上生長InGaN阱層；

S3、在所述InGaN阱層上制作GaN量子點；

S4、以所述GaN量子點為掩膜，刻蝕所述InGaN阱層，在所述GaN壘層上獲得InGaN量子點；

S5、在所述第一GaN壘層、GaN量子點上生長GaN蓋層；

S6、在所述GaN蓋層上生長第二GaN壘層，獲得InGaN量子點外延結構。