[发明专利]生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用，包括生长在Al衬底上的AlN缓冲层，生长在AlN缓冲层上的(In)GaN纳米柱。其中采用的Al衬底热导率高，成本低，有利于解决器件散热的问题，降低器件成本；其次，本发明采用的Al衬底导电性能好，可以直接作为器件的电极，简化了器件的制备工艺；本发明制备生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱的方法，具有生长工艺简单，制备成本低廉的优点，而且本发明制备的(In)GaN纳米柱具有晶体质量好、缺陷密度低和应力弛豫等特点，可用于制备发光二极管、光电探测器和太阳能电池等。

技术领域

本发明涉及(In)GaN纳米柱，特别涉及生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用。

背景技术

III族氮化物(In)GaN在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质，近几年受到广泛关注。(In)GaN是直接带隙材料，且化学和热稳定性好、热导率高、电子迁移率高、击穿介电强度高，广泛应用于发光二极管(LED)、激光器(LD)、高电子迁移率晶体管(HEMT)等。

与薄膜材料相比，(In)GaN纳米柱具有高的比表面积，其高的比表面积使由于纳米柱和衬底之间晶格失配产生的晶格应变在纳米柱侧壁被有效弛豫，能显著降低穿透位错密度，获得高晶体质量的纳米柱材料，有效抑制器件的压电极化效应和提高器件性能。由于尺寸明显缩小，(In)GaN纳米柱为未来缩小器件和系统的尺寸提供了新的途径。此外，(In)GaN纳米柱在量子效应、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，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。

目前，薄膜和纳米柱GaN基器件主要是基于蓝宝石、单晶Si衬底进行生长。而它们往往存在着热导率较低(蓝宝石25W/m·K，Si单晶156W/m·K)、电阻率较大(蓝宝石1014Ω·cm，掺杂Si～10Ω·cm)、蓝宝石衬底成本高等问题。衬底热导率较低时，很难将GaN基器件工作时产生的热量及时排出，导致热量积累，最终影响器件的性能。当电阻率较大的蓝宝石、单晶Si作为(In)GaN纳米柱基器件的衬底材料，在制备电极时，需要蒸镀多层金属层形成欧姆接触，增大了器件工艺的复杂程度。因此寻找一种价格低廉、热导率高、导电性能好的衬底材料应用于生长(In)GaN纳米柱，对(In)GaN纳米柱基器件应用意义重大。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱，该纳米柱的衬底成本低、热导率高、导电性能好。金属Al衬底的热导率高，能够将(In)GaN纳米柱基器件工作时产生的热量及时地传导出来，有助于解决器件的散热问题。其次，金属Al衬底可以直接作为器件的电极，无需制备欧姆接触电极，简化了器件工艺。再次，金属Al衬底价格相对较低，有利于降低器件成本。

本发明的另一目的在于提供生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱的制备方法与应用。研究发现，(In)GaN外延层的尺寸减小到纳米范围形成的纳米柱结构是应变弛豫的，几乎没有缺陷，晶体质量高。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱，包括Al衬底1，生长在Al衬底1上的AlN缓冲层2，生长在AlN缓冲层上的(In)GaN纳米柱3。

优选的，所述Al衬底为普通Al金属。

优选的，所述AlN缓冲层的厚度为5～50nm，当AlN缓冲层的厚度达到5～50nm时生长的(In)GaN纳米柱的应力得到释放。另外，(In)GaN纳米柱由于其较大的比表面积，使应变在纳米柱侧壁被有效弛豫，有利于在Al衬底上生长高质量的(In)GaN纳米柱。

优选的，所述(In)GaN纳米柱包括GaN、InGaN、InN纳米柱。

优选的，所述(In)GaN纳米柱的高度为60～2000nm,直径为15～500nm。