[发明专利]在InGaN表面获得In量子点的方法、InGaN量子点及外延结构

说明书

本发明公开了一种在InGaN表面获得In量子点的方法、InGaN量子点及外延结构。其中，该方法包括：在衬底上生长GaN缓冲层；在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层；在非掺杂GaN层上生长InGaN层；以及保持反应室在N₂氛围下将生长温度降低至一设定温度，将载气由N₂变换成H₂，继续降温，在InGaN层的表面获得In量子点。本方法获得的In量子点具有高的密度和非常好的尺寸均匀性，且生长工艺简单，为氮化金属液滴来获得InGaN量子点提供了均匀可靠的模板，推进了InGaN量子点在光电器件的实际应用。

技术领域

本公开属于半导体技术领域，涉及一种在InGaN表面获得In量子点的方法、InGaN量子点及外延结构。

背景技术

近年来，GaN基半导体材料的制备技术取得了巨大的进步，大力推动了可见光波段发光二极(LED)、激光二极管(LD)等光电器件的快速发展。传统的GaN基发光器件采用极性面生长的InGaN/GaN多量子阱结构作为有源区。虽然目前来说极性面生长的GaN材料质量最高，但是由于极性面存在量子限制斯塔克效应(QCSE)，该效应使得量子阱结构中的电子-空穴辐射发光效率大幅降低，严重制约了发光器件性能的提升。而采用三维受限结构的InGaN量子点作为有源区，不仅可以减小QCSE效应，还具有高的热稳定性、驱动电流小、对缺陷不敏感等优点，可以显著提高光电器件的性能，于是InGaN量子点成为近些年来的研究热点。

目前，InGaN量子点的生长方法主要有三种，分别是选区生长、自组装生长和氮化纳米金属液滴。其中，选区生长技术虽然可以获得尺寸均匀、密度高的量子点，但是复杂的加工工艺会给量子点带来不可避免的额外损伤，同时其复杂的工艺也使得其难以实现实际的应用。而自组装生长法尽管具有生长工艺简单、制备的量子点缺陷少、质量高的优点，但其量子点的位置分布、尺寸和密度等参数离散较大导致其作为有源区时光谱有很大的展宽。近年来，也有人提出采用氮化纳米金属液滴来获得InGaN量子点，而这样的方法的难点在于如何获得均匀分布的纳米金属液滴，其分布和尺寸都会受到生长条件和设备的影响。

综上，目前的量子点制备方法很难获得高密度、高均匀性且高质量的InGaN量子点材料，因此，严重制约了InGaN量子点器件的发展与应用。有必要提出一种量子点制备方法，来获取高密度、高均匀性的InGaN量子点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种在InGaN表面获得In量子点的方法、InGaN量子点及外延结构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种在InGaN表面获得In量子点的方法，包括：在衬底上生长GaN缓冲层；在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层；在非掺杂GaN层上生长InGaN层；以及保持反应室在N₂氛围下将生长温度降低至一设定温度，将载气由N2变换成H2，继续降温，在InGaN层的表面获得In量子点。

在本公开的一些实施例中，InGaN层的厚度和组分在满足InGaN层发生弛豫的临界厚度内，以保证InGaN层不发生弛豫。

在本公开的一些实施例中，设定温度介于300℃～450℃之间。

在本公开的一些实施例中，衬底的材料为如下材料中的一种：蓝宝石、硅、碳化硅、氮化镓或砷化镓。

在本公开的一些实施例中，InGaN层的材料为In_xGa_1-xN，其中In组分x为1％-35％连续可调。

在本公开的一些实施例中，InGaN层的厚度为2nm-50nm连续可调。