[发明专利]制备高发光效率AlGaN纳米柱LED结构的方法

说明书

本发明公开了一种制备高发光效率AlGaN纳米柱LED结构的方法，在常规衬底上生长n型GaN纳米柱及n型AlGaN纳米柱，再生长非掺“AlGaN阱‑AlGaN垒”量子阱结构，最后生长p型AlGaN纳米柱。通过优化获得高质量的n型掺杂GaN纳米柱，在GaN纳米柱上生长n型掺杂AlGaN纳米柱，非掺AlGaN量子阱结构作为载流子复合有源区，最后再次生长p型掺杂AlGaN纳米柱。本发明在生长量子阱结构之前生长一段时间AlGaN纳米柱，在AlGaN纳米柱上外延量子阱结构，从而获得高质量的AlGaN量子阱。避免直接在GaN纳米柱外延AlGaN量子阱，可减少由于GaN/AlGaN之间应力导致的发光质量下降问题。

技术领域

本发明涉及一种制备高发光效率AlGaN纳米柱LED结构的方法，属于宽禁带半导体材料技术领域。

背景技术

紫外(UV)光电器件在食品工业、生物检测、医疗和其他领域的广泛应用，已经得到越来越多的关注。AlGaN基的紫外线器件相较于传统的紫外线灯，更加环保，具有更高的潜在效率，被认为是潜在的优良产品。AlGaN三元材料已被深入研究用于紫外器件，如紫外发光二极管(LED)和紫外激光器(LD)。然而，与成熟的GaN基器件相比，AlGaN器件在高外量子效率(EQE)方面存在挑战，特别是在深紫外范围内。基于AlGaN的器件所面临的挑战包括高位错密度、低光提取效率(LEE)和没有有效的p掺杂。

由于AlGaN薄膜的缺点，AlGaN纳米柱成为实现高性能紫外器件的另一种途径。与AlGaN薄膜相比，纳米柱有独特的优势。纳米柱生长具备低位错密度和高结晶质量；且纳米柱有大的表面与体积比，这提供了有效的横向应力松弛与薄膜相比；在纳米柱结构中，Mg掺杂明显增强；与此同时，纳米柱与基底材料有很高的兼容性，可以在硅、蓝宝石、二氧化硅、金属等多种衬底上进行生长。基于AlGaN纳米柱的诸多优点，AlGaN纳米柱有成为高性能紫外器件的潜力，因此探索实现高发光效率的AlGaN纳米柱LED结构，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备高发光效率AlGaN纳米柱LED结构的方法。

本发明采用的技术方案为：

一种制备高发光效率AlGaN纳米柱LED结构的方法，其步骤包括：

1)对衬底进行清洗；

2)利用PA-MBE法在衬底上进行n型掺杂GaN纳米柱的生长；

3)利用PA-MBE法在GaN纳米柱上进行n型掺杂AlGaN纳米柱的生长；

4)利用PA-MBE法在AlGaN纳米柱上进行非掺AlGaN纳米柱量子阱结构阱层的生长；

5)利用PA-MBE法在阱层上进行非掺AlGaN纳米柱量子阱结构垒层的生长；

6)以步骤4)和步骤5)为一周期，重复一定周期，生长多周期量子阱结构的纳米柱；

7)利用PA-MBE法在多周期量子阱结构纳米柱上进行p型AlGaN纳米柱的生长。

优选的，步骤1)中衬底可用Si或蓝宝石作为衬底，清洗为将衬底先经过丙酮、乙醇、去离子水冲洗后，放入BOE溶液中清洗5～10分钟。

优选的，步骤2)中生长温度为720℃～880℃，Ga束流量控制在1.0×10^-8Torr～5.0×10^-7Torr之间，Si掺杂浓度控制在1×10¹⁸/cm³～1×10²⁰/cm³，生长时间为3～5小时。