[发明专利]纳米结构

说明书

本发明涉及一种物质组合物，其包含至少一种纳米结构，该纳米结构外沿地生长于视情况掺杂的β‑Ga₂O₃衬底上，其中该纳米结构包含至少一种第III‑V族化合物。

技术领域

本发明涉及一种用于在β-Ga₂O₃衬底上外沿地生长半导体纳米结构的方法，例如使用分子束外沿法或金属有机气相外沿(MOVPE)技术来在β-Ga₂O₃衬底上外沿地生长纳米结构。所得纳米结构形成本发明的另一方面。所述纳米结构优选为半导体材料且广泛应用于例如电子行业或太阳能电池应用中。组合物在发光二极管(LED)及光探测器中的使用尤其优选。

背景技术

宽带隙GaN及相关三元及四元III-N半导体化合物已由于其显著光学、电气以及物理性质而识别为用于电子件以及光电装置的最重要半导体之一。然而，基于GaN装置的商业化受有限的衬底可用性妨碍。由于低成本及良好的热导率而传统地采用Si及蓝宝石(Al₂O₃)，但这些材料具有与GaN相对较大的晶格失配及热膨胀失配。

由于对深UV光(带隙～4.8eV(260nm))的高透明度以及高度n型导电性，近年来β-Ga₂O₃衬底已经成为第III族氮化物LED及功率装置的衬底。β-Ga₂O₃可因此代表用于当今大多数第III族氮化物LED及功率装置的蓝宝石(Al₂O₃)衬底的替代物。近年来，E.G.Villora等人提出β-Ga₂O₃作为衬底用于GaN的异质外沿沉积且将此等材料应用于LED及功率装置中(Proc.SPIE 8987 89871U(2014))。GaN在此处沉积为薄膜。

然而，β-Ga₂O₃的(001)及(-201)平面上的β-Ga₂O₃与GaN的晶格失配分别为2.6％及4.7％。此类晶格失配为关于第III族氮化物薄膜生长的主要问题。为解决此问题，必须使用改进的缓冲层。尽管如此，位错密度对于生长于β-Ga₂O₃的(-201)平面上的InGaN外沿层仍可高达5×10⁷cm^-2(M.M.Muhammed等人,High-quality III-nitride films on conductive,transparent(-201)-oriented β-Ga₂O₃ using a GaN buffer layer,Scientific Reports6,27947,(2016))。

因此，仍需要研发在不使用复合物缓冲层的情况下解决晶格失配的问题的替代性组合物。一种解决方案为使用由相同材料形成的衬底作为半导体，例如GaN衬底用于GaN半导体。然而，此类衬底极其昂贵且将限制对近似UV(带隙3.4eV(365nm))的透明度。

为解决这些问题，本发明涉及在β-Ga₂O₃衬底及诸如包含组合物的LED的电子装置上外沿生长半导体纳米结构，尤其第III族氮化物纳米结构。因此，并非外沿生长半导体第III-V族材料薄膜，我们提出纳米结构，例如纳米线或纳米棱锥(nanopyramid)。