[发明专利]第III族氮化物结构

说明书

技术领域

本发明涉及包括至少一个结构棱锥的第III族氮化物结构。本发明还涉及用于制造包括至少一个结构棱锥的第III族氮化物结构的方法。

背景技术

某些应用，如液晶显示器(LCD)，本质上依赖于线偏振光。如今偏振光的产生主要通过过滤非偏振光而被动产生，这不可避免地降低了设备的效率，或通过激光设备中的受激发射直接生成偏振光。

在过去几年中对于第III族氮化物的兴趣迅速增长。一个原因是第III族氮化物的半导体特性，可用于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。

半导体量子点(QD)在各种发光二极管中具有重要作用。例如，结合入发光二极管或激光二极管有源层中的量子点可以提高这些发光二极管或激光二极管的效率。从量子点发出的光子具有特定的能量，其可以是时间相关和/或量子纠缠(quantum-entangled)的，这样的单光子特性在量子密码应用(QCA)和其他量子信息应用(QIA)中前景广阔。

在这些应用中，一个量子点代表一个独立的量子光源，而且重要的是，量子点能够以可控的方式进行设置以便于后续的器件加工。

为量子点提供优先形成位置的棱锥结构模板，是一种获得量子点的位点控制的方法。棱锥通过下述方法获得：在生长层之上放置其中带有孔的掩膜，沉积外延生长在所述生长层上的半导体材料，形成六棱锥。另一半导体的层(称为有源层)沉积在棱锥之上，该有源层进而由与制成棱锥材料相同的材料覆盖。该有源层具有比其周围更窄的带隙，由此形成量子阱(QW)并且在棱锥的尖端形成有源层的量子点。

尖锐的发射峰是量子点的量子化能级三维量子限域的证据。设置在六棱锥顶端处的单个的位点控制的量子点能够给出尖锐的发射线。通过改变棱锥内有源层的生长温度，可在一定能量范围内调制发射能。此外，各个棱锥上单个量子点的发射线倾向于在特定方向上偏振。

已显示出该过程在具有六个等同面的＜0001＞方向上生长的GaN棱锥上的InGaN量子点是有效的，这是由于GaN六方纤锌矿的晶体对称性。这些单个量子点的特性和以可控方式制造这些单个量子点的能力显示出其作为量子光发射器(QLE)的量子点的潜力。

光偏振的面内控制在广泛的科学和技术领域中至关重要。除了固态发光应用，量子密码学领域需要发射具有确定偏振矢量光子的、可靠的单光子源。这种偏振确定的单光子源应优选具有窄的谱线宽度，与现代电子设备的兼容性并允许室温操作。

为增加这些量子点的实用性，如果所述发射光子的偏振方向可被调整至包括更多的方向并且这些额外的方向能够可控，那么其也是优选的。因此，对改变方向或至少改进偏振光发光存在需求。因此，对控制第III族氮化物棱锥量子点的发光的偏振方向存在需求。

发明内容

本发明的一个目的是克服至少一些上面提及的问题和缺陷。本发明的一个目的是获得第III族氮化物结构，其直接生成线性偏振的光子，该光子发射自具有单独和确定极化矢量的位点控制的光源。本发明的一个目的是控制从第III族氮化物结构发射光子的偏振方向。本发明的一个目的是获得作为光子源的第III族氮化物结构，该光子源发射的光子具有期望的偏振方向。本发明的一个目的是获得作为具有窄谱线宽度的光子源的第III族氮化物结构。本发明的一个目的是获得作为光子源的第III族氮化物结构，其发射的光子具有期望的偏振方向，其与现代电子设备兼容和/或允许室温操作。

这些以及更多的目的通过第III族氮化物结构实现，该第III族氮化物结构包括至少一个具有含至少四条边的底部的结构棱锥，其中所述结构棱锥包括具有含至少四条边的底部的内棱锥，所述内棱锥由第一第III族氮化物制成，其中所述内棱锥覆盖有由第二第III族氮化物制成的内部第一层和由第三第III族氮化物制成的外部第二层，其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，其中所述结构棱锥的所述底部被加长，形成上脊部以产生至少一个各向异性量子点。