[发明专利]GaN多层量子点光电材料的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体材料的制作，特别是GaN量子 点光电材料的制作，可用于批量制作高亮度高效率高稳定性且波长连续可调 的光电子器件。

背景技术

半导体量子点具有迥异于块状材料的光学性质，量子点的层结构为纳米 材料与传统的微电子和光电子技术的融合带来了可能。而作为第三代半导体 材料代表的GaN长期以来被认为是在蓝光和紫外波长范围内最有应用前景的 材料。利用GaN低维量子点材料结构制成的GaN基蓝/绿光发光器件发射频 率随尺寸变化而改变、发射线宽窄、发光量子效率相对较高以及超高的光稳 定性，近年来受到人们广泛关注。

制作GaN量子点可以采用以下几种方法：1.微细加工法。即在含有二维 电子气的量子阱上再刻蚀的方法。2.人工衬底选择性生长法。即在人工做出的 图形化衬底上生长，或者在掩膜、刻蚀后的表面上选择性生长量子点。3.直接 生长法。即在各种自然表面上直接生长量子点，如小角度面、超台阶面和高 指数面；或者利用异质界面应力的自组织生长量子点。4.表面活性剂或表面氧 化剂方法。

其中，前两种方法易于控制量子点的生长位置和均匀性，但由于刻蚀过 程带来的损伤以及因图形实际分辨率不高，使量子点横向尺寸比纵向尺寸大， 而且容易引入缺陷，降低电子-空穴复合效率而使发光强度降低。另外，微 细加工和图形衬底将引入多道工序，不利于向实用的工业化方向发展。而后 两种方法虽可制备无缺陷量子点，但却难于实现对量子点的尺寸和均匀性的 控制。

发明的内容

本发明的在于克服上述已有技术的不足，提供一种GaN多层量子点光电 材料的制作方法，用简单的工艺控制GaN量子点的尺寸和均匀性，以提高GaN 基纳米结构光电子器件的性能。

本发明的技术方案是：

利用腐蚀法自然选择性的在外延n-AlGaN基底表面形成倒六棱锥形腐蚀 坑，在接下来GaN/AlGaN超晶格结构生长过程中，气体表面疏运机制使得在 六棱椎形坑底部自组织的形成量子点。其具体操作步骤如下：

A、用MOCVD设备在衬底上依次生长低温缓冲层，和高温Ga极性面的 n-AlGaN基底层；

B、对n-AlGaN基底层用熔融KOH方法进行腐蚀，在该n-AlGaN位错的 表面露头处形成倒六棱锥形腐蚀坑；

C、在腐蚀后的n-AlGaN基底层上生长GaN薄层，使倒六棱锥形腐蚀坑

(3)内的GaN厚度远大于其坑外厚度；

D、在GaN薄层上生长AlGaN薄层，使倒六棱椎形腐蚀坑的底部形成 GaN量子点；

E、按设定的GaN薄层的层数，重复上述步骤C和D，在所有GaN薄层 的倒六棱椎形腐蚀坑底部形成GaN量子点；

F、在最上层的GaN薄层上生长p-AlGaN层。

上述技术方案中的量子点的均匀性由基底AlGaN层晶粒尺寸来控制，而 晶粒尺寸由二步法中低温缓冲层生长条件控制，增大底温缓冲层退火压力，可 减小晶粒尺寸，提高量子点均匀性。

上述技术方案中的量子点的密度由基底n-AlGaN层表面位错密度来控 制。通过改变高温AlGaN层生长条件，改变该层横向生长速度。生长温度越 高或V/III比越小，位错横向弯曲程度越大，表面层位错密度越小，从而量子 点密度越小。

上述技术方案中的量子点的宽度由腐蚀坑宽度控制。增加腐蚀时间或增 大腐蚀温度，增加腐蚀坑六边形直径，从而增大量子点宽度。因此，通过对 腐蚀条件的改变，调节量子点宽度，得到任意宽度量子点，从而得到不同发 光频率的量子点，实现连续发光。

上述技术方案中的量子点厚度由GaN薄层的厚度控制。通过改变GaN层 生长时间，调节该层厚度，以调节量子点厚度，得到任意厚度量子点。从而 得到不同发光频率的量子点，实现连续发光。

上述技术方案中的n-AlGaN薄层厚度根据GaN薄层厚度的改变而改变， 二者成正比关系，该厚度调节由改变该层生长时间实现。

上述技术方案中的GaN/AlGaN超晶格层数可调。增加循环生长的层数， 可增加量子点层数，从而提高该材料结构的发光强度。

本发明与现有技术相比具有的优点：