CN109830581A - 一种高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体材料技术领域，具体为一种高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构及其制备方法，包括：步骤1：采用非对称岛生长方法在衬底上生长半极性氮化镓薄膜模板；步骤2：在制备的半极性氮化镓薄膜模板上生长半极性铟镓氮二维超薄层结构。该方法可避免应力释放形成高密度穿透缺陷、铟团聚、相分离，增强有源区内载流子隧穿，增加电子与空穴空间交叠，并改变载流子密度分布，有效提高辐射复合效率，改善现有黄绿光LED发光效率较低的问题，增强探测器与太阳能电池光生载流子分离能力。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及半极性氮化镓与半极性二维超薄铟镓氮/氮化镓(InGaN/GaN)有源层或InGaN/GaN超晶格或量子阱外延片与其制备方法。
背景技术
III族氮化物材料作为直接带隙半导体，以其可调能带(6.2-0.7eV)、高击穿电场和高电子迁移率、强热/化学稳定性高等优点受到广泛的关注与运用。目前被广泛用于制备紫外到红光波段的光电二极管(LED)与激光器(LD)、太阳能电池、探测器、大功率或高频的高电子迁移率晶体管，在照明显示、光通信、农业、医疗、能源、微电子、集成电路等领域有重要的应用。
用于制备长波段光电器件、太阳能电池与探测器的c面高铟组分的InGaN/GaN量子阱材料面临：铟掺入效率低、铟团聚、相分离、高密度穿透缺陷、强的极化场、载流子分离等问题，因此需要运用新技术来解决或改善以上问题，从而进一步提高现有器件的工作效率与降低能耗。目前，二维超薄层材料由于其良好的载流子与光子传输限制引起大量的研究与运用。其中，二维超薄InGaN/GaN有源层易于载流子的隧穿，从而有利于光生载流子的传输与分离，并改变有源区载流子密度分布。而且二维超薄InGaN/GaN有源层结构利于生长低应力的有源层，从而可以消除传统量子阱应力释放形成的高密度穿透缺陷、铟团聚、相分离。同时，二维超薄InGaN/GaN有源层的低应力可以有效降低极化场，从而消除部分量子斯塔克效应。由于这些优点，我们可以基于InGaN/GaN二维超薄层结构来构建高性能的LED、LD、光电探测器、太阳能电池。此外，大量研究表明半极性GaN材料具有低的极化场、高的铟掺入效率与大的生长窗口等优点，可用于制备长波段发光器件，改善器件性能。并通过控制InGaN层厚度、In组分来调控二维超薄InGaN/GaN有源层能带结构，从而覆盖近紫外到黄绿光波段的发光与吸收。因此基于半极性GaN材料上获得的二维超薄InGaN/GaN有源层可用于构建高效且覆盖近紫外到黄绿光波段的LED、LD、光电探测器与太阳能电池。
发明内容
本发明旨在提供一种高质量的半极性二维超薄InGaN/GaN有源层外延片与其制备方法，并用于制备高效的近紫外到黄绿光波段的发光二极管与激光器。超薄层可以增强有源区内的电子空穴隧穿，从而改便有源区载流子密度分布与提高光生载流子分离能力。较薄且连续排列的有源区也会增加电子空穴的空间交叠，有效提高辐射复合效率。而且二维超薄InGaN/GaN结构有利于生长低应力的有源层，从而可以消除应力释放形成的高密度穿透缺陷、铟团聚、相分离。可用于改善现有黄绿光LED发光效率较低的问题，增强探测器与太阳能电池光生载流子分离能力。
为实现上述目的，本发明提供一种高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，包括：
步骤1：采用非对称岛生长方法在衬底上生长半极性氮化镓薄膜模板；
步骤2：在制备的半极性氮化镓薄膜模板上生长半极性铟镓氮二维超薄层结构。
优选的，所述步骤1包括：
在氮化衬底表面上生长氮化镓成核层；
生长高温氮化镓岛；
生长高温氮化镓薄膜。
优选的，所述步骤1还包括生长前准备工作，所述准备工作为高温清洁及氮化衬底表面。
优选的，所述步骤2包括：
生长二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层。
优选的，所述步骤2包括：
生长铟镓氮层；
生长氮化镓薄层作为铟镓氮保护层；
生长氮化镓垒层。
优选的，所述衬底为：m面蓝宝石、硅、氮化铝、碳化硅。
优选的，所述高温清洁及氮化衬底表面条件为：
衬底置入的MOCVD反应腔内压强稳定为50Torr～250Torr；
衬底温度为1000℃～1150℃；
通入氢气(H2)作为吹扫气体来清洁衬底表面，持续时间为5min～20min；
升压至400Torr～550Torr，降温至450～650℃，通入氨气氮化衬底表面，持续氮化时间为3min～15min。
优选的，所述氮化镓成核层生长条件为：
反应腔内压强稳定为400Torr～600Torr；
衬底温度为450℃～650℃，
通入氨气及三甲基镓作为氮源和镓源，氨气与三甲基镓比率为500～2500:1；
生长低温氮化镓成核层；
升温退火氮化镓成核层，退火温度为1000℃～1100℃。
优选的，所述高温氮化镓岛生长条件为：
反应腔内压强缓降并稳定为150Torr～450Torr；
衬底温度为980Torr～1100℃；
通入氨气及三甲基镓作为氮源和镓源，氨气与三甲基镓摩尔比为300～1500:1，生长时间为200s～1500s。
优选的，所述高温氮化镓薄膜生长条件为：
反应腔内压强缓降并稳定为20Torr～100Torr；
衬底温度为1000℃～1100℃；
通入氨气及三甲基镓作为氮源和镓源，氨气与三甲基镓摩尔比为1000～3500:1，生长时间为4000s以上。
优选的，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层生长条件为：
反应腔内压强稳定为200Torr～400Torr；
载气为氮气，总气体流量控制在11slm～15slm。
优选的，所述铟镓氮生长条件为：
衬底温度为650℃～800℃；
通入氨气、三甲基镓及三甲基铟作为氮源、镓源与铟源，氨气与三甲基铟比率为100～2500:1。
优选的，所述作为铟镓氮保护层的氮化镓薄层生长条件为：
与铟镓氮生长生长温度一致，衬底温度为650℃～800℃；
通入氨气与三甲基镓作为氮源与镓源。
优选的，所述氮化镓垒层生长条件为：
衬底温度为740℃～900℃；
通入氨气与三甲基镓作为氮源与镓源。
优选的，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层条件可用于半极性(11-22)、(20-21)、(20-2-1)、(10-11)、(30-31)、(30-3-1)、(10-13)、(10-1-3)氮化镓薄膜模板上的二维超薄二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层的制备。
一种高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，包括：
衬底，
半极性氮化镓薄膜模板，
以及二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层。
优选的，所述半极性氮化镓薄膜模板采用非对称岛斜面生长方法。
优选的，所述半极性铟镓氮二维超薄层结构还包括用于保护铟镓氮的氮化镓薄层。
优选的，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层的结构包括：
铟镓氮层InxGa1-xN，铟镓氮层厚0.2nm～2.0nm，其中0<x<1；
作为铟镓氮保护层的氮化镓薄层，氮化镓薄层厚0.2nm～1.0nm；
氮化镓垒层，氮化镓垒层厚0.5nm～15.0nm。
优选的，所述高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构用于制备半极性发光二极管、激光器、光电探测器、太阳能电池。
优选的，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层位于p氮化镓层及n氮化镓层之间。
优选的，所述半极性铟镓氮二维超薄层结构还位于二维超薄铟镓氮/氮化镓上下两侧的p氮化镓波导层和n氮化镓波导层之间。
优选的，所述半极性铟镓氮二维超薄层结构还位于二维超薄铟镓氮/氮化镓上下两侧的p铝镓氮限制层和n铝镓氮限制层之间。
优选的，铝镓氮限制层还可以为铝镓氮/氮化镓分布式布拉格反射镜。
本发明方法可采用蓝宝石，硅，铝氮与碳化硅作为衬底。本发明通过非对称岛斜面生长方法技术来提高半极性GaN材料的晶体质量，降低穿透缺陷的密度；并通过控制二维InGaN层厚度与In组分来可获得近紫外到黄绿光发光波段的二维超薄InGaN/GaN有源层。非对称岛斜面生长方法技术控制高温GaN岛阶段的生长条件，使得GaN岛表面形成富Ga表面，从而增强Ga极性面的生长速度，导致Ga极性岛斜面与N极性岛斜面的非对称性的生长，形成非传统的非对称性斜面结构的GaN岛。由于半极性GaN薄膜中的穿透缺陷主要产生于-c区域而+c区域几乎没有缺陷，使得在GaN岛生长阶段与合并成膜生长阶段的时候，GaN岛的+c区域，即(0001)生长方向，可以覆盖周围GaN岛的-c区域，即(000-1)生长方向，从而有效的阻断穿透缺陷(-c区域)传播至表面。通过非对称岛斜面生长方法生长出来的半极性GaN薄膜中的穿透缺陷被阻断在薄膜的底部，可有效降低穿透缺陷密度。
附图说明
图1为半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的外延结构。
图2为一种二维超薄InGaN基LED，光电探测器与太阳能电池外延片的外延结构。
图3为一种二维超薄InGaN基LD外延片的外延结构。
图4为实施例一中制备的GaN模板的X射线衍射图(XRD)，其X射线沿着[-1-123]方向入射。
图5为实施例一中制备的GaN模板的X射线衍射图(XRD)，其X射线沿着[1-100]方向入射。
图6为实施例一中基于半极性(11-22)GaN模板制备的InGaN/GaN量子阱外延片的截面透射电镜(TEM)图。
图7为图6中TEM图的高分辨TEM图。
图8为实施例一中基于半极性(11-22)GaN模板制备的InGaN/GaN量子阱外延片的阴极荧光发光(CL)谱图。
图9为实施例一中InGaN/GaN超晶格外延片的扫描电镜(SEM)图。
图10为实施例一中InGaN/GaN超晶格外延片的全光CL图。
图11为实施例一中InGaN/GaN超晶格外延片的370nm单光CL图。
图12为实施例二中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的TEM图。
图13为图12中TEM图的高分辨TEM图。
图14为实施例二中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的CL谱图。
图15为实施例二中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的光致发光(PL)谱图。
图16为实施例二中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的SEM图。
图17为实施例二中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的全光CL图。
图18为实施例二中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的420nm单光CL图。
图19为实施例三中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的CL谱图。
图20为实施例三中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的PL谱图。
图21为实施例三中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的SEM图。
图22为实施例三中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的全光CL图。
图23为实施例三中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的420nm单光CL图。
图24为实施例四中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的TEM图。
图25为实施例四中半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的PL谱图。
图26为实施例四中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的SEM图。
图27为实施例四中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的全光CL图。
图28为实施例四中二维超薄InGaN/GaN有源层外延片的375nm单光CL图。
具体实施方式
本实施例提供一种高质量半极性(11-22)InGaN二维超薄层结构制备方法，包括：
(1)采用非对称岛斜面生长方法，在m面蓝宝石衬底上生长高质量半极性(11-22)GaN薄膜，具体步骤如下：
a)将m面蓝宝石衬底置入MOCVD反应腔，通入H2，高温清洁蓝宝石表面；随后氮化蓝宝石衬底表面；
b)在m面蓝宝石的氮化表面上生长GaN成核层；
c)生长高温GaN岛；
d)生长高温(11-22)GaN薄膜；
(2)在上述制备的半极性(11-22)GaN模板上生长周期性二维超薄InGaN/GaN有源层。
本实施例还提供一种高质量半极性(11-22)InGaN二维超薄层结构，如图1所示，包括衬底、半极性氮化镓薄膜模板以及二维超薄InGaN/GaN有源层。
非对称岛斜面生长方法(AISG)：AISG技术是通过控制高温GaN岛阶段的生长条件，使得GaN岛表面形成富Ga表面，从而增强Ga极性面的生长速度，导致Ga极性岛斜面与N极性岛斜面的非对称性的生长，形成非传统的非对称性斜面结构的GaN岛。由于半极性GaN薄膜中的穿透缺陷主要产生于-c区域而+c区域几乎没有缺陷，使得在GaN岛生长阶段与合并成膜生长阶段的时候，GaN岛的+c区域，即(0001)生长方向，可以覆盖周围GaN岛的-c区域，即(000-1)生长方向，从而有效的阻断穿透缺陷(-c区域)传播至表面。通过AISG生长出来的半极性GaN薄膜中的穿透缺陷被阻断在薄膜的底部，可有效降低穿透缺陷密度。
本发明制备的外延片可用于制备高效率的紫外、紫、蓝、绿、橙等发光LED，PD，solar cell与LD。其一种LED，光电探测器，太阳能电池外延结构如图2所示，在GaN模板上生长n-GaN层，InGaN/GaN二维超薄有源层和p-GaN层，得到半极性InGaN基LED。其一种LD外延结构如图3所示，在GaN模板上生长n-GaN层，n-AlGaN限制层(或者n-AlGaN/GaN分布式布拉格反射镜,n-AlGaN/GaN DBR)，n-GaN波导层，InGaN/GaN二维超薄层，p-GaN波导层，p-AlGaN限制层(或者p-AlGaN/GaN DBR)，与p-GaN层，得到半极性InGaN基LD。
本发明的具体实施例如下：
实施例一
本实施例提供一种运用高质量半极性(11-22)InGaN二维超薄层结构制备方法，在半极性(11-22)GaN薄膜上制备的高质量InGaN/GaN量子阱。
(1)采用AISG技术，在m面蓝宝石衬底上生长高质量半极性(11-22)GaN薄膜，具体步骤如下：
a)高温清洁和氮化m面蓝宝石衬底表面：
将m面蓝宝石衬底置入MOCVD反应腔，衬底温度在1060℃下通入H2来清洁蓝宝石表面；随后降温到570℃来氮化蓝宝石衬底表面；
b)在m面蓝宝石的氮化表面上生长GaN成核层：
衬底温度在550℃下，生长低温GaN成核层；随后升温退火GaN成核层；
c)生长高温GaN岛：
反应腔气压在250Torr，衬底温度在1030℃下，生长1000s；
d)生长高温(11-22)GaN薄膜：
反应腔气压在50Torr，衬底温度在1030℃，生长6000s；
X射线分别沿着[-1-123]和[1-100]两个方向入射，获得该GaN薄膜的XRD峰的半高宽分别为0.025°(90arcsec)和0.06°(216arcsec)；其数据图如图4和5所示。
(2)在上述制备的半极性(11-22)GaN模板上生长三周期InGaN/GaN量子阱。
InGaN/GaN量子阱的生长参数：
InGaN层生长温度为720℃，生长厚度为～5.0nm；
较薄GaN(InGaN保护层)生长温度为720℃，厚度为～0.5nm；
GaN层生长温度为820℃，生长厚度为～10.0nm。
其TEM图如图6和7所示，量子阱界面陡峭，质量高，没有铟团聚、相分离问题。其CL谱图如图8所示，发光峰中心波长为550nm。InGaN/GaN量子阱的具体发光情况如图9，10和11所示，其表面都呈现明显的发光，其中心波段发光也较强。
实施例二
本实施例提供一种高质量半极性(11-22)InGaN二维超薄层结构制备方法以及高质量半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层。
(1)采用AISG技术，在m面蓝宝石衬底上生长高质量半极性(11-22)GaN薄膜，具体步骤如实施例1。
(2)在上述制备的半极性(11-22)GaN模板上生长20周期二维超薄InGaN/GaN有源层。
二维超薄InGaN/GaN有源层的生长参数：
反应腔内压强稳定在300Torr；
InGaN层生长温度为740℃，生长厚度为～1.0nm；
较薄GaN(InGaN保护层)生长温度为740℃，厚度为～0.3nm；
GaN层生长温度为850℃，生长厚度为～2.0nm。
降低InGaN和GaN层厚以获得较窄的量子阱提高跃迁能级，并且产生量子隧穿效应，以获得高效的紫光发光InGaN/GaN二维超薄层。
其TEM图如图12和13所示，可以看到通过控制生长条件，可以获得界面陡峭，晶体质量高的20周期二维超薄InGaN/GaN有源层，没有铟团聚、相分离问题。InGaN厚度为1nm，GaN厚度为2nm。其CL和PL谱图如图14和15所示，发光峰中心波长为420nm，CL发光峰的半高宽为25nm，PL发光峰的半高宽为32nm。InGaN/GaN二维超薄层的具体发光情况如图16，17和18所示，其全光CL和单光CL图中的发光区域几乎出现在整个表面。
实施例三
本实施例提供一种高质量半极性(11-22)InGaN二维超薄层结构制备方法以及以及高质量半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层。
(1)采用AISG技术，在m面蓝宝石衬底上生长高质量半极性(11-22)GaN薄膜，具体步骤如实施例1。
(2)在上述制备的半极性(11-22)GaN模板上生长40周期二维超薄InGaN/GaN有源层。
二维超薄InGaN/GaN有源层的生长参数：
反应腔内压强稳定在300Torr
InGaN层生长温度为740℃，生长厚度为0.7nm；
较薄GaN(InGaN保护层)生长温度为740℃，厚度为～0.2nm；
GaN层生长温度为850℃，生长厚度为1.5nm；
降低InGaN和GaN层厚以获得较窄的量子阱提高跃迁能级，并且产生量子隧穿效应，以获得高效的紫光发光二维超薄InGaN/GaN有源层。
其CL和PL谱图如图19和20所示，发光峰的中心波长为420nm，CL发光峰的半高宽为24nm，PL发光峰的半高宽为27nm，从PL图的插图可以观察到外延片发出较强的紫光。二维超薄InGaN/GaN有源层的具体发光情况如图21，22和23所示，其全光CL和单光CL图中的发光区域几乎占据整个表面。
实施例四
本实施例提供一种高质量半极性(11-22)InGaN二维超薄层结构制备方法以及高质量半极性(11-22)二维超薄InGaN/GaN有源层。
(1)采用AISG技术，在m面蓝宝石衬底上生长高质量半极性(11-22)GaN薄膜，具体步骤如实施例1。
(2)在上述制备的半极性(11-22)GaN模板上生长45周期二维超薄InGaN/GaN有源层。
二维超薄InGaN/GaN有源层的生长参数：
反应腔内压强稳定在300Torr
InGaN层生长温度为780℃，生长厚度为1.0nm；
较薄GaN(InGaN保护层)生长温度为780℃，厚度为～0.2nm；
GaN层生长温度为850℃，生长厚度为1.5nm；
提高该InGaN生长温度为来降低二维超薄层的In组分，以获得发紫外光的二维超薄InGaN/GaN有源层。
其TEM图如图24所示，可以看到45周期二维超薄InGaN/GaN有源层。其PL谱图如图25所示，发光峰中心波长为375nm，PL发光峰的半高宽为11nm。二维超薄InGaN/GaN有源层的具体发光情况如图26，27和28所示，其全光CL和单光CL图中的发光区域几乎占据整个表面。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步说明，所描述的实例是本发明的一部分实例，而不是全部实例。对于本发明所属技术领域的研究人员来说，在不脱离构思的前提下还可以做出简单推演和替换，在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实例，都属于本发明保护的范围。
Claims (24)
1.一种高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于包括：
步骤1：采用非对称岛生长方法在衬底上生长半极性氮化镓薄膜模板；
步骤2：在制备的半极性氮化镓薄膜模板上生长半极性铟镓氮二维超薄层结构。
2.一种如权利要求1所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：
在氮化衬底表面上生长氮化镓成核层；
生长高温氮化镓岛；
生长高温氮化镓薄膜。
3.一种如权利要求2所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述步骤1还包括生长前准备工作，所述准备工作为高温清洁及氮化衬底表面。
4.一种如权利要求1所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述步骤2包括：
生长二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层。
5.一种如权利要求1所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述步骤2包括：
生长铟镓氮层；
生长氮化镓薄层作为铟镓氮保护层；
生长氮化镓垒层。
6.一种如权利要求2所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述衬底为：m面蓝宝石、硅、氮化铝、碳化硅。
7.一种如权利要求3所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述高温清洁及氮化衬底表面条件为：
衬底置入MOCVD反应腔内压强稳定为50Torr～250Torr；
衬底温度为1000℃～1150℃；
通入氢气(H2)作为吹扫气体来清洁衬底表面，持续时间为5min～20min；
升压至400Torr～550Torr，降温至450℃～650℃，通入氨气氮化衬底表面，持续氮化时间为3min～15min。
8.一种如权利要求2所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述氮化镓成核层生长条件为：
反应腔内压强稳定为400Torr～600Torr；
衬底温度为450℃～650℃，
通入氨气及三甲基镓作为氮源和镓源，氨气与三甲基镓摩尔比为500～2500：1；生长低温氮化镓成核层；
升温退火氮化镓成核层，退火温度为1000℃～1100℃。
9.一种如权利要求2所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述高温氮化镓岛生长条件为：
反应腔内压强缓降并稳定为150Torr～450Torr；
衬底温度为980℃～1100℃；
通入氨气及三甲基镓作为氮源和镓源，氨气与三甲基镓摩尔比为300～1500:1，生长时间为200s～1500s。
10.一种如权利要求2所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述高温氮化镓薄膜生长条件为：
反应腔内压强缓降并稳定为20Torr～100Torr；
衬底温度为1000℃～1100℃；
通入氨气及三甲基镓作为氮源和镓源，氨气与三甲基镓摩尔比为1000～3500:1，生长时间为4000s以上。
11.一种如权利要求4所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层生长条件为：
反应腔内压强稳定为200Torr～400Torr；
载气为氮气，总气体流量控制在11slm～15slm。
12.一种如权利要求4或5所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述铟镓氮生长条件为：
衬底温度为650℃～800℃；
通入氨气、三甲基镓及三甲基铟作为氮源、镓源与铟源，氨气与三甲基铟比率为100～2500：1。
13.一种如权利要求4或5所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述作为铟镓氮保护层的氮化镓薄层生长条件为：
与铟镓氮生长生长温度一致，衬底温度为650℃～800℃；
通入氨气与三甲基镓作为氮源与镓源。
14.一种如权利要求4或5所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述氮化镓垒层生长条件为：
衬底温度为740℃～900℃；
通入氨气与三甲基镓作为氮源与镓源。
15.一种如权利要求4或5所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构制备方法，其特征在于，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层条件可用于半极性(11-22)、(20-21)、(20-2-1)、(10-11)、(30-31)、(30-3-1)、(10-13)、(10-1-3)氮化镓薄膜模板上的二维超薄二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层的制备。
16.一种高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，包括：
衬底，
半极性氮化镓薄膜模板，
以及二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层。
17.一种如权利要求16所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述半极性氮化镓薄膜模板可采用非对称岛斜面生长方法获得。
18.一种如权利要求16所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述半极性铟镓氮二维超薄层结构还包括用于保护铟镓氮的氮化镓薄层。
19.一种如权利要求16所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层的结构包括：
铟镓氮层InxGa1-xN，铟镓氮层厚0.2nm～2.0nm，其中0<x<1；
作为铟镓氮保护层的氮化镓薄层，氮化镓薄层厚0.2nm～1.0nm；
氮化镓垒层，氮化镓垒层厚0.5nm～15.0nm。
20.一种如权利要求19所述的高质量半极性高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构用于制备半极性发光二极管、激光器、光电探测器、太阳能电池。
21.一种如权利要求20所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述二维超薄铟镓氮/氮化镓有源层位于p氮化镓层和n氮化镓层之间。
22.一种如权利要求20所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述半极性铟镓氮二维超薄层结构还位于二维超薄铟镓氮/氮化镓上下两侧的p氮化镓波导层和n氮化镓波导层之间。
23.一种如权利要求20所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，所述半极性铟镓氮二维超薄层结构还位于二维超薄铟镓氮/氮化镓上下两侧的p铝镓氮限制层和n铝镓氮限制层之间。
24.一种如权利要求23所述的高质量半极性铟镓氮二维超薄层结构，其特征在于，铝镓氮限制层还可以为铝镓氮/氮化镓分布式布拉格反射镜。
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