[实用新型]生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱LED外延片

说明书

技术领域

本实用新型涉及LED外延片，特别涉及生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱LED外延片。

背景技术

发光二极管(LED)作为一种新型的固态照明光源和绿色光源，具有节能、环保、体积小、用途广泛和使用寿命长等突出特点，在室外照明、商业照明以及军事照明等领域都具有广泛的应用。当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全世界面临的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，是经济发展的重要方向。在照明领域，LED作为一种新型的绿色固态照明产品，是未来发展的趋势。但是现阶段LED要向高效节能环保的方向发展，其发光效率仍有待于进一步提高。

氮化镓及III-族氮化物由于宽禁带、稳定的物理化学性质、高的热导率和高的电子饱和速度等优点，广泛应用于发光二极管(LED)、激光器和光电子器件等方面。与其他宽禁带半导体材料相比，氮化镓材料除具有上述优点外，其纳米级的材料在量子效应、界面效应、体积效应、尺寸效应等方面还表现出更多新颖的特性。

氮化镓纳米材料因“尺寸效应”产生了一系列新颖特性，使得它在基本物理科学和新型技术应用方面有着巨大的前景，已成为当前研究的热点。而氮化镓纳米柱结构更是在制备纳米范围发光器件LED上表现出了更加优异的性能。

氮化镓纳米柱LED巨大的表面积可以释放应力以减少材料的缺陷密度，从而提高LED的光提取效率。但对于一些通过刻蚀方法形成纳米柱结构的LED外延片，刻蚀所造成的损伤使得纳米柱中的表面复合非常严重，这对氮化镓纳米柱LED的器件性能产生了极大的影响。相比之下，金属铟液滴“自催化”生长的含铟氮化镓纳米柱因其表面没有刻蚀造成的损伤，在LED器件中具有更好的应用前景。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱LED外延片，具有缺陷密度低、结晶质量好，发光性能优良的优点。

本实用新型的另一目的在于提供生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱LED外延片的制备方法，有生长工艺简单，制备成本低廉的优点。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱LED外延片，包括多根生长在硅衬底上的纳米柱；每根纳米柱由下至上依次包括非掺杂含铟氮化镓纳米柱、n型掺杂氮化镓层、铟镓氮/氮化镓多量子阱和p型掺杂氮化镓层。

所述非掺杂含铟氮化镓纳米柱的高度为300～900nm，直径为30～100nm。

所述n型掺杂氮化镓层的高度为1～3μm。

所述铟镓氮/氮化镓多量子阱为7～10个周期的铟镓氮阱层/氮化镓垒层，其中铟镓氮阱层的高度为2～3nm，氮化镓垒层的高度为10～13nm。

所述p型掺杂氮化镓层的高度为300～350nm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型包括多根生长在硅衬底上的纳米柱，由于柱状结构具有大的比表面积，多跟纳米柱的结构可以大幅度增加外延片的侧面出光面积，从而提高GaN纳米柱LED外延片的光提取率；

(2)本实用新型包括多根生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱，相比于硅衬底上的薄膜LED外延片，相同尺寸的纳米柱LED外延片所需要的生产原料大大减少，从而大幅度降低了生产成本；

(3)本实用新型包括多根生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱，每根纳米柱包含的非掺杂含铟氮化镓纳米柱高度为300～900nm，相比于在硅衬底上的薄膜LED外延片结构中硅衬底与有源层之间需制备微米级的氮化镓或氮化铝缓冲层，大大减少了生产原料，从而大幅度降低了生产成本。

附图说明

图1是实施例1制备的LED外延片的截面示意图。

图2是实施例1制备的LED外延片的电致发光(EL)图谱。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例的生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱LED外延片的制备方法，包括以下步骤：

(1)衬底的选取：采用普通硅衬底；

(2)衬底清洗：将硅衬底放入体积比为1:20的氢氟酸和去离子水混合溶液中超声2分钟，去除硅衬底表面氧化物和粘污颗粒，再放入去离子水中超声2分钟，去除表面杂质，用高纯干燥氮气吹干；