[发明专利]组分可调的三元InGaAs和InGaN材料纳米线外延生长方法

说明书

本发明公开了一种组分可调的三元InGaAs和InGaN材料纳米线外延生长方法，该方法通过抑制外延生长过程中三元III‑V和III‑N纳米结构中体积混溶隙实现。通过本发明的方法可以获得任意组分x的In_xGa_1‑xAs或In_xGa_1‑xN纳米结构。这种方法实现了在三元In_xGa_1‑xAs和In_xGa_1‑xN材料纳米线组分x从0.1到0.8变化范围的特定实例，利用金属‑有机气相外延(MOVPE)、分子束外延(MBE)和氢化物气相外延(HVPE)技术在金属催化剂作用下，通过气‑液‑固或气‑固‑固方法生长。

技术领域

本发明涉及

背景技术

三元III-V族和III-N合金的混溶隙(例如InGaAs或InGaN)经常阻碍在新一代电子和光电子器件中被需求的组分调节。InGaAs是在光谱范围从1.1到1.7微米的光电二级管和红外探测器、半导体激光、三结光伏和高迁移率晶体管的材料选择。InGaN被广泛用于许多应用包括蓝-绿和白光LED和电力电子。InGaAs或InGaN中的混溶隙产生于不同固态III-V族配对的高相互作用常数，与InAs和GaAs或InN和GaN之间的高晶格失配有关。在这里，我们提出了一种基于动力学基础针对这些材料抑制混溶隙的方法，三元纳米结构生长在高过度饱和的气相或液相母相中。我们提出了通过不同外延技术下的气-液-固或汽-固-固方法实现Au催化InGaAs纳米线和自催化InGaN纳米线生长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种组分可调的三元InGaAs和InGaN材料纳米线外延生长方法，通过不同外延技术下的气-液-固或汽-固-固方法实现Au催化InGaAs纳米线和自催化InGaN纳米线生长。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：组分可调的三元InGaAs和InGaN材料纳米线外延生长方法，该方法通过抑制外延生长过程中三元III-V和III-N纳米结构中体积混溶隙实现。

进一步地，用于实现空间均匀组分x范围从0.1到0.8的Au催化In_xGa_1-xAs和In_xGa_1-xN纳米线生长的方法。

本发明基于可变组分In_xGa_1-xN纳米线的Si集成RGB-LED，其特征在于：使用高过度饱和气相，通过过量材料输入确保对应的平均生长速率在MOVPE和HVPE情况下为10nm/s或在MBE情况下为1nm/s，硅衬底的对比温度为630-690℃；该温度范围足够改变InGaAs纳米线中InAs部分允许发射光从蓝色变为红色，通过减少低温下In的去吸附。

本发明的有益效果：本发明的方法可以获得任意组分x的In_xGa_1-xAs或In_xGa_1-xN纳米结构；实现了在三元In_xGa_1-xAs和In_xGa_1-xN材料纳米线组分x从0.1到0.8变化范围的特定实例，利用金属-有机气相外延(MOVPE)、分子束外延(MBE)和氢化物气相外延(HVPE)技术在金属催化剂作用下，通过气-液-固或气-固-固方法生长。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为InGaAs材料450℃下组分图。

图2为InGaAs的混溶隙，x1和x2为混溶区域的边界。