[實用新型]生長在硅/石墨烯復合襯底上的InGaN/GaN多量子阱納米柱

有效

• 申請號: 201821025819.3
• 申請日: 2018-06-30
• 公開（公告）號: CN208570525U
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 李國強;高芳亮;張曙光;徐珍珠;余粵鋒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/0304;H01L33/06;H01L33/32;H01S5/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本實用新型公開了生長在硅/石墨烯復合襯底上的InGaN/GaN多量子阱納米柱，該InGaN/GaN多量子阱納米柱包括Si/石墨烯復合襯底、生長在Si/石墨烯復合襯底上的n型摻雜GaN納米柱，生長在n型摻雜GaN納米柱頂部上的InGaN/GaN多量子阱，生長在InGaN/GaN多量子阱頂部的p型摻雜GaN納米柱。本實用新型的制備方法具有生長工藝簡單，制備成本低廉的優點，且制備的InGaN/GaN多量子阱納米柱缺陷密度低、結晶質量好，電學、光學性能好。

技術領域

本實用新型涉及InGaN/GaN多量子阱納米柱領域，特別涉及生長在硅/石墨烯復合襯底上的InGaN/GaN多量子阱納米柱。

背景技術

發光二極管(LED)作為一種新型固體照明光源和綠色光源，具有體積小、耗電量低、環保、使用壽命長、高亮度、低熱量以及多彩等突出特點，在室外照明、商業照明以及裝飾工程等領域都具有廣泛的應用。當前，在全球氣候變暖問題日趨嚴峻的背景下，節約能源、減少溫室氣體排放成為全球共同面對的重要問題。以低能耗、低污染、低排放為基礎的低碳經濟，將成為經濟發展的重要方向。在照明領域，LED發光產品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產品，必然是未來發展的趨勢。但是現階段LED的應用成本較高，發光效率較低，這些因素都會大大限制LED向高效節能環保的方向發展。

III族氮化物GaN在電學、光學以及聲學上具有極其優異的性質，近幾年受到廣泛關注。GaN是直接帶隙材料，且聲波傳輸速度快，化學和熱穩定性好，熱導率高，熱膨脹系數低，擊穿介電強度高，是制造高效LED器件的理想材料。GaN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，使得它在基本物理科學和新型技術應用方面有著巨大的前景，已成為當前研究的熱點。而GaN納米柱結構更是在制備納米范圍發光器件LED上表現出了更加優異的性能。

目前大多數GaN基LED都是基于藍寶石或SiC襯底上進行外延生長，但藍寶石的絕緣性及高硬度使器件制作更加復雜，而SiC價格很高，這都使器件的生產成本上升。與藍寶石和SiC相比較，硅(Si)材料更易獲得，生產成本低，可實現大尺寸；另外，Si具有良好的導電和導熱性能，方便于制成散熱良好的垂直結構器件；同時，Si襯底土生長GaN材料有望實現光電子和微電子的集成；最后，我國具有單晶Si的原創技術產權，因此Si襯底LED對促進我國擁有知識產權的半導體LED照明產業的發展具有重大意義。然而，Si襯底與GaN之間存在較大的晶格失配(-16.9％)和熱失配(54％)，限制了Si襯底LED的發展。因此迫切尋找一種合適的方法來降低在Si襯底上生長GaN材料的缺陷密度和殘余應變。

理論分析表明，相比于傳統薄膜結構的LED，納米柱結構LED表現出了更加優異的性能：如異質外延的氮化物納米柱晶體質量優于異質外延氮化物薄膜晶體質量；納米柱可以避免裂紋的產生；III族氮化物納米柱基LED有效地擴大了LED發光面積、能夠大幅度提高LED出光效率；納米柱基LED可消除薄膜LED的量子限制斯塔克效應帶來的負面影響等。制備高質量的InGaN/GaN多量子阱納米柱是高效高質量GaN基半導體器件的基礎，尤其是高性能LED。因此，在成本低、散熱好的Si襯底上制備高質量InGaN/GaN多量子阱納米柱具有重要的科學和應用意義。

與此同時，石墨烯具有非常好的熱傳導性能，純的無缺陷的單層石墨烯的導熱系數高達5300W/mK，是目前為止導熱系數最高的碳材料。此外，石墨烯具有優異的光學、電學、力學等特性，因此，在Si襯底上復合石墨烯作為生長襯底，進行InGaN/GaN多量子阱納米柱的生長，有助于進一步擴展氮化物納米柱的應用前景。

實用新型內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供生長在硅/石墨烯復合襯底上的InGaN/GaN多量子阱納米柱，在成本低、導電導熱性好能的Si襯底上覆蓋石墨烯形成Si/石墨烯復合襯底，進行生長InGaN/GaN多量子阱納米柱，有利于降低生產成本、方便制成垂直結構器件。