CN112614918A - 一种高内量子率的外延材料生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高内量子率的外延材料生长方法，包括如下步骤：在衬底层上生长AlN层，衬底层为金刚石衬底；在AlN层上生长n型AlGaN层；采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑；依次生长若干组交错堆叠生长的AlGaN阱层、AlN量子垒层，形成多量子阱层；在多量子阱层上生长P型AlGaN层；在P型AlGaN层上生长P型AlGaN接触层。本发明高内量子率的外延材料生长方法采用金刚石衬底，生长纳米柱阵列的AlN层，缺陷密度低；采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑，产品表面具有更大的比表面积，大大提高内量子效率。

Description

一种高内量子率的外延材料生长方法
技术领域
本发明涉及外延材料生长方法领域，具体涉及一种高内量子率的外延材料生长方法。
背景技术
现有技术中氮化物半导体材料主要还是采用在蓝宝石衬底上进行的异质外延生长的方法。因为蓝宝石衬底与III族氮化物材料之间存在较大的晶格失配和热失配，从而在材料中引入巨大的缺陷密度，对外延层的晶体质量与光电特性代来严重的负面影响，最终有损于器件的可靠性和使用寿命。
针对巨大缺陷密度的问题，现阶段一般采用低温生长的底层缓冲层以尽可能减少晶体材料中的缺陷密度和应力失配。但是，由于AlGaN材料生长温度高、压力大、难以在平衡条件下生长出大面积高质量的体材料。此外，在外延材料生长完成后，要想获得调制的线偏振光，不可避免的是要对光源进行过滤，会导致过多的光功率损失，都被筛屏蔽掉，因此需要高量子率的外延材料来弥补光功率的损失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高内量子率的外延材料生长方法，用以解决现有技术中的外延材料缺陷密度大，内量子率低的问题。
本发明提供了一种高内量子率的外延材料生长方法，包括如下步骤：
(1)在衬底层上生长AlN层，所述衬底层为金刚石衬底；
(2)在所述AlN层上生长n型AlGaN层；
(3)将步骤(2)形成的产品采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑；
(4)在步骤(3)处理过后的样品上依次生长若干组交错堆叠生长的AlGaN阱层、AlN量子垒层，形成多量子阱层；
(5)在所述多量子阱层上生长P型AlGaN层；
(6)在所述P型AlGaN层上生长P型AlGaN接触层。
进一步的，所述AlN层呈纳米柱阵列结构。
进一步的，所述步骤(3)中分解温度为1000±50℃，反应室气氛为纯H2，压强为500±20Torr，单次蚀刻时间为30-120s。
进一步的，所述蚀刻的次数为5-10次。
进一步的，在结束单次蚀刻后，将压强下降至100±20Torr，持续2min后继续下次蚀刻。
进一步的，所述AlGaN阱层的生长温度为1000-1300℃。
进一步的，所述AlN量子垒层的生长温度比AlGaN阱层的生长温度高100-500℃。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：
本发明高内量子率的外延材料生长方法采用金刚石衬底，生长纳米柱阵列的AlN层，在底层段均已可以很好的剔除掉缺陷杂质，缺陷密度低；采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑，产品表面具有更大的比表面积，在相同的电流密度下有更多的光子数，大大提高内量子效率。
附图说明
图1为本发明高内量子率的外延材料生长方法流程图；
图2为本发明高内量子率的外延材料生长方法所得材料结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明提供了一种高内量子率的外延材料生长方法，包括如下步骤：
(1)在衬底层上生长AlN层，所述衬底层为金刚石衬底；
(2)在所述AlN层上生长n型AlGaN层；
(3)将步骤(2)形成的产品采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑；
(4)在步骤(3)处理过后的样品上依次生长若干组交错堆叠生长的AlGaN阱层、AlN量子垒层，形成多量子阱层；
(5)在所述多量子阱层上生长P型AlGaN层；
(6)在所述P型AlGaN层上生长P型AlGaN接触层。
该实施例中，采用金刚石衬底，金刚石晶格常数与AlGaN/AlN材料相比，几乎无晶格失配，且同样也是在高温下制备，在金刚石衬底上制备出的AlGaN/AlN晶体材料，在底层段均已可以很好的剔除掉缺陷杂质，缺陷密度低；采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑，产品表面具有更大的比表面积，在相同的电流密度下有更多的光子数，大大提高内量子效率，由于外延结构只能发射不可调制偏振特性的混合光源，在很多需要应用特定偏振光源的应用领域，只能通过其他镀膜技术或封装技术实现特定偏振光源的过滤筛选，但是光源发出的光功率被削弱，光电效率降低，本发明通过提高内量子效率可以弥补后期偏振光调制降低的光电效率，图2为本发明方法制备的外延结构示意图。
具体的，所述AlN层呈纳米柱阵列结构。
具体的，所述步骤(3)中分解温度为1000±50℃，反应室气氛为纯H2，压强为500±20Torr，单次蚀刻时间为30-120s，所述蚀刻的次数为5-10次，在结束单次蚀刻后，将压强下降至100±20Torr，持续2min后继续下次蚀刻。
所述AlGaN阱层的生长温度为1000-1300℃，所述AlN量子垒层的生长温度比AlGaN阱层的生长温度高100-500℃。
综上，本发明高内量子率的外延材料生长方法采用金刚石衬底，生长纳米柱阵列的AlN层，在底层段均已可以很好的剔除掉缺陷杂质，缺陷密度低；采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑，产品表面具有更大的比表面积，在相同的电流密度下有更多的光子数，大大提高内量子效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底层上生长AlN层，所述衬底层为金刚石衬底；
(2)在所述AlN层上生长n型AlGaN层；
(3)将步骤(2)形成的产品采用脉冲氢气高低压蚀刻的方法在产品表面经多次蚀刻形成不规则凹坑；
(4)在步骤(3)处理过后的样品上依次生长若干组交错堆叠生长的AlGaN阱层、AlN量子垒层，形成多量子阱层；
(5)在所述多量子阱层上生长P型AlGaN层；
(6)在所述P型AlGaN层上生长P型AlGaN接触层。
2.根据权利要求1所述的高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，所述AlN层呈纳米柱阵列结构。
3.根据权利要求1所述的高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，所述步骤(3)中分解温度为1000±50℃，反应室气氛为纯H2，压强为500±20Torr，单次蚀刻时间为30-120s。
4.根据权利要求3所述的高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，所述蚀刻的次数为5-10次。
5.根据权利要求4所述的高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，在结束单次蚀刻后，将压强下降至100±20Torr，持续2min后继续下次蚀刻。
6.根据权利要求1所述的高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，所述AlGaN阱层的生长温度为1000-1300℃。
7.根据权利要求1所述的高内量子率的外延材料生长方法，其特征在于，所述AlN量子垒层的生长温度比AlGaN阱层的生长温度高100-500℃。
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