[发明专利]一种基于GaN十二面锥的多波长InGaN/GaN多量子阱结构及其制备方法在审
申请号: | 201911152863.X | 申请日: | 2019-11-22 |
公开(公告)号: | CN110767783A | 公开(公告)日: | 2020-02-07 |
发明(设计)人: | 张士英;徐庆君;许亮;修向前;赵红;华雪梅;谢自力;韦德泉;李振华 | 申请(专利权)人: | 张士英 |
主分类号: | H01L33/06 | 分类号: | H01L33/06;H01L33/16;H01L33/20;H01L33/32;H01L33/00 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 277100 山东省枣庄市市*** | 国省代码: | 山东;37 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 面锥 腐蚀 锥体 制备 荧光粉 金属有机化学 气相外延技术 白光发射 衬底材料 发光效率 工艺成本 单芯片 多波长 腐蚀液 规模化 图形化 微纳米 有效地 再生长 自支撑 白光 衬底 发光 释放 生长 | ||
本发明公开了一种基于GaN十二面锥的多波长InGaN/GaN多量子阱结构及其制备方法,通过热H4PO3腐蚀N面自支撑GaN衬底材料,形成微纳米GaN十二面锥结构;腐蚀得到的GaN十二面锥中的应力得到了很大的释放,可以有效地改善样品的晶体质量和提高发光效率,有利于后续的外延再生长。利用金属有机化学气相外延技术在GaN十二面锥模板上生长InGaN/GaN多量子阱层。该方法可以通过控制腐蚀液浓度、腐蚀温度和腐蚀时间,得到不同尺寸大小的锥体。通过合理调节锥体的尺寸和In组分,可以实现白光发光,这是实现单芯片无荧光粉白光发射的一种可能的途径。本发明的方法无需图形化的衬底,工艺成本低,简单易行,适合规模化制备。
技术领域
本发明涉及半导体发光器件领域,具体涉及一种基于GaN十二面锥的多波长InGaN/GaN多量子阱结构及其制备方法。
背景技术
在宽禁带直接带隙半导体中,GaN基半导体最具开发潜力和发展前景,它凭借着宽广的带隙[0.64 eV (InN)、3.4eV (GaN)、6.2eV、(AlN)]和优越的性能(热稳定、化学稳定和高导热等),已经成为近年来光电子材料和器件研究的热点和重点。而InGaN发光二极管(LEDs)可以覆盖整个可见波长范围,因此在彩色显示器和一般照明设备等应用领域引起了极大的关注。然而,这些InGaN/GaN材料在最终制造出高效的发光二极管(LED)之前,仍然有固有的困难需要克服。传统的GaN基LED是极性c面上的光电子器件,极性GaN存在压电极化和自发极化,压电场的大小与InGaN中 In的摩尔分数和阱宽成正比,从而引起量子限制斯塔克效应,导致量子阱能带的倾斜,形成内电场,妨碍载流子复合,发光效率降低。并且量子限制斯塔克效应(QCSE)导致发光峰峰位随着注入电流的增大而蓝移。另外,在极性样品中,低温下Ga供给限制了In组分的提高,高温生长导致In析出。这些问题导致了c面GaN基LED的高效率长波长方面的发展受到限制。
为了解决这些问题,人们寻求生长非极性面和半极性面上的LED。相比于极性c面生长的GaN光电器件而言,非极性面或半极性面GaN可以消除或降低极化现象,使其器件能够获得更高的内量子效率,并且随着注入电流的增大而不会发生蓝移。与非极性GaN材料相比,半极性GaN中In的结合效率更高。由于量子阱部分的生长需要掺In,In的生长需要更低的温度,而Ga的生长需要更高的温度,这在生长InGaN/GaN的LED结构时是互相矛盾的。因此,半极性GaN中高的In结合效率就可以在较高温度下生长InGaN/GaN的LED全结构,从而保证量子阱部分的结晶质量。而锥体结构可以将那些满足全反射定律的光改变方向,继而在另一表面或反射回原表面时不被全反射而透过界面,或者通过光子的多次反射和反射后的方向不断改变,使出光效率大大提高。单位体积的锥体结构的表面积比平面GaN的表面积也大很多,锥体结构会使更多的GaN材料处于光致激发区,导致更多的电子参与到激发和复合过程,辐射复合发光的光子比平面GaN多,从而提高发光效率。另外,由于锥体不同位置之间和锥体和C面之间生长速度的差异导致In的并入效率和阱宽不同,同时In原子表面迁移长度大于Ga原子,因此锥体不同位置的In组分不同,可获得多色发光, 这是实现单芯片无荧光粉白光发射的一种可能的途径。
GaN锥体通常利用化学气相沉积法(MOCVD)或者氢化物气相外延法(HVPE)在模板衬底上选择生长而成,称为选区外延技术。这种方法一般是在具有SiO2模板的蓝宝石衬底上侧向外延形成锥体结构。尽管此方法能够控制缺陷侧向延伸,但由于GaN外延膜与蓝宝石衬底间存在晶格失配和热失配,位错易于贯穿到生长的GaN晶体中。这些位错作为非辐射中心,使进入的能量以热的形式散发,热对于半导体的影响非常大,会降低半导体元件的工作效率和器件寿命。此外,锥体轴向的应力分布不均匀,导致晶体中存在不同的光发射,严重影响GaN基光电子器件性能的稳定性。并且,这种方法需要光刻,工艺复杂,价格昂贵,容易引入表面损伤和污染。因此,为了提高GaN基器件的性能,需要寻找一种新的合成高质量GaN锥体的方法。其中,湿法腐蚀法是一种简单,便宜、有效的方法,与干法腐蚀相比,该方法具有设备简单、操作方便、价格低廉和毒性小、对材料损伤低等优点。
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于张士英,未经张士英许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201911152863.X/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。
- 上一篇:一种高亮度发光二极管外延片及其制备方法
- 下一篇:半导体结构