CN111180562A - 一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层 - Google Patents

一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其结构特点是：在氮化镓基二极管中，位于氮化镓与铟镓氮量子阱之间，所述氮化镓在先，所述铟镓氮量子阱在后，所述锥形坑位于所述薄层的表层，所述铝元素无需连续均匀分布，可离散或随机分布于所属薄层的任意位置。本发明的优点是：（1）使在铟镓氮基二极管的制造中，沉积的铟镓氮量子阱晶体质量提高；（2）减少铟镓氮基二极管制造过程中使用的含铟原料，节约铟镓氮基二极管的制造成本；（3）减少铟镓氮基二极管的制造时间，提高铟镓氮基二极管的生产速率；（4）减少铟镓氮基二极管中位错处的漏电，提高铟镓氮基二极管的电、光学性能。

Description

一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层
技术领域
本发明涉及铟镓氮基二极管制造领域，尤其是涉及一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层。
背景技术
目前，在公知的铟镓氮基二极管（如铟镓氮基黄绿光波段发光二极管）的制备方法中，通常采用含铟成分的薄层作为沉积高铟含量铟镓氮量子阱的基底，即在氮化镓与铟镓氮量子阱之间需要生长含铟成分的薄层，通过增大该薄层中的铟含量，可以缓解该薄层上沉积的铟镓氮量子阱所遭受的压应变。这种方法的缺点是会导致整个铟镓氮基二极管制备过程中铟原料的使用量增加，使器件的制备成本增大，并且使铟镓氮基二极管制备时间长、铟镓氮量子阱晶体的质量差、铟镓氮基二极管的量子效率低、抗静电性能弱等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，本发明使用具有锥形表面坑且含铝成分的薄层作为铟镓氮量子阱的基底，以代替传统含铟成分的基底，缓解了上述问题，使制备铟镓氮基二极管的成本降低、制备周期缩短，且使铟镓氮基二极管的量子效率、抗静电性能获得提高。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，特征是：在铟镓氮基二极管中，该薄层位于氮化镓与铟镓氮量子阱之间，其中：氮化镓形成在先，铟镓氮量子阱沉积在后。
在该薄层的表面具有锥形坑，该锥形坑为倒六角锥形，所述倒六角锥形是指具有六角形底的倒立锥体形状，不是几何意义上严格的六棱锥形。
该薄层中含有铝元素，铝元素占整个薄层中金属元素含量的比例在0.1%至99.9%，所述铝元素无需连续均匀分布，可离散或随机分布于所属薄层的任意位置。
该薄层表面具有的锥形坑的面密度在1×107至5×109 cm-2范围内。
该薄层表面具有的锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例在10%至50%范围内。
该薄层表面具有的锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例，与该薄层上沉积的铟镓氮量子阱的铟含量呈正相关关系，即：锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例越大，铟镓氮量子阱的铟含量越高。
该薄层的厚度在50至300 nm范围内。
该薄层的生长温度在900至1000oC范围内。
该薄层的生长速率在0.1至1 nm s-1范围内。
由于该薄层表面的锥形坑在晶体学上含有大量原子级的台阶，使在该薄层上沉积铟镓氮量子阱的过程中，气相中元素更容易在锥形坑的坑面上吸附，再通过热运动迁移至薄膜表面无锥形坑的平坦区域进行结晶，这一过程大大降低了原素从气相变为固相所需的平均能量，提高了铟镓氮量子阱中铟元素的生长速率，从而提升了铟镓氮量子阱中的铟含量，并且有利于减小铟镓氮量子阱中铟含量的涨落，使无锥形坑的平坦区域的铟镓氮量子阱更加均匀。因此，这种锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例越大，越有利于沉积具有高铟含量的铟镓氮量子阱。该薄层中的铝成分可以增大该薄层的势垒，减少位错处的漏电，提高铟镓氮基二极管的电、光学性能。
本发明的有益效果是：使用含铝成分、且含有倒六角锥形表面坑的薄层作为铟镓氮量子阱的基底，这种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，不仅可以节约铟原料的使用量，还可以节省铟镓氮基二极管的制造时间，还可以使整个薄膜中铟镓氮量子阱前的部分在更高生长温度下沉积，提高薄膜晶体质量和铟镓氮基二极管的性能，如抗静电性能和量子效率。
本发明具有如下优点：（1）使在铟镓氮基二极管的制造中，沉积的铟镓氮量子阱晶体的质量提高；（2）减少铟镓氮基二极管制造过程中使用的含铟原料，节约铟镓氮基二极管的制造成本；（3）减少铟镓氮基二极管的制造时间，提高铟镓氮基二极管的生产速率；（4）减少铟镓氮基二极管中位错处的漏电，提高铟镓氮基二极管的电、光学性能。
附图说明
图 1是本发明在铟镓氮基二极管中与氮化镓及铟镓氮量子阱的相对位置的几何断面示意图，图中：1.氮化镓，2.一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，3.铟镓氮量子阱，4.材料生长方向；
图 2是本发明的几何立体结构示意图，图中：5.锥形坑，6.无锥形坑的平坦区域。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步的说明。
在本实施例中：
一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，需沉积在位错密度在1×108至5×109 cm-2范围的氮化镓1上，在该薄层部分或全部的沉积过程中，需保证该薄层所有金属元素中存在至少有0.1%至99.9%的铝元素，并保证生长温度在900至1000oC范围内，以及0.1至1 nm s-1范围内的薄膜生长速率，即可生长出所需制备的用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层2。
在该用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层2沉积过程中，生长温度越低或生长速率越高，越有利于其表面锥形坑5的增大，可根据结构需求使用不同的生长条件。

Claims (9)

1.一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：在铟镓氮基二极管中，该薄层位于氮化镓与铟镓氮量子阱之间，其中：氮化镓形成在先，铟镓氮量子阱沉积在后。
2.根据权利要求1所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层中含有铝元素，铝元素占整个金属元素含量的比例在0.1%至99.9%，且所述铝元素无需连续均匀分布，离散或随机分布于所属薄层的任意位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：在该薄层的表面具有锥形坑，该锥形坑为倒六角锥形，所述倒六角锥形是指具有六角形底的倒立锥体形状，不是几何意义上严格的六棱锥形。
4.根据权利要求3所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层表面具有的锥形坑的面密度在1×107至5×109 cm-2范围内。
5.根据权利要求3所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层表面具有的锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例在10%至50%范围内。
6.根据权利要求5所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层表面具有的锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例，与该薄层上沉积的铟镓氮量子阱的铟含量呈正相关关系，即：锥形坑的总面积占整个薄层上表面面积的比例越大，铟镓氮量子阱的铟含量越高。
7.根据权利要求1所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层的厚度在50至300 nm范围内。
8.根据权利要求1所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层的生长温度在900至1000oC范围内。
9.根据权利要求1所述的一种用于沉积铟镓氮量子阱的有锥形坑且含铝成分的薄层，其特征在于：该薄层的生长速率在0.1至1nms-1范围内。
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