[发明专利]一种制备氮化物量子点的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别指采用分子束外延技术制备氮化物量子点的方法。

背景技术

氮化物材料在可见光和紫外光波段的发光二极管，激光管等方面有着重要的应用，因此新型氮化物材料的生长和性质研究备受人们的关注。其中由于氮化物量子点在三维空间的量子限制效应的存在，使得氮化物量子点半导体发光器件有着很高的发光效率。因此，氮化物量子点是目前氮化物材料的研究热点。

目前对于氮化物量子点材料制备的方法主要分为两类：一类是通过掩膜、刻蚀然后选择性生长，称为人工镶嵌式；另一类是自组装生长，即先二维生长，再转变为三维生长。这两种方法相比较，前者的缺点是量子点的尺寸比较大，对载流子的限制较弱，量子效应不明显；另外，由于刻蚀后图形实际分辨率不高，量子点横向尺寸远比纵向尺寸大甚至可称为“量子盒”或“量子盘”，同时，加工过程会引入各种损伤、缺陷和杂质污染。由于自组装生长相对于人工镶嵌方法的种种好处，目前主要采用自组装生长技术。

关于氮化物量子点的制备方法主要是采用金属有机物化学沉积技术(MOCVD)，通过引入硅等抗表面剂等物质诱导生长铟镓氮量子点，由于硅分布不均匀，因此形成的氮化物量子点大小不一，均匀性差。第二种办法是通过引入表面不均匀应力来诱导铟镓氮量子点的形成，这种办法生长的氮化物量子点具有大小相同，分布均匀的特点。

本发明以前的氮化物量子点大多采用MOCVD生长，本发明的目的在于提供一种利用分子束外延的办法，采用铟氮或铟铝氮量子点成核层的技术，并且经过退火工艺，制备氮化物量子点的方法，其方法是：在蓝宝石衬底上采用分子束外延技术生长氮化铝缓冲层；生长氮化镓层；降低生长温度，生长铟氮或铟铝氮量子点成核层；对成核层进行退火处理；最后升高温度，生长铟镓氮或者铟铝氮量子点层。

发明内容

本发明在于提供一种用分子束外延技术制备氮化物量子点的方法，其方法是在衬底上生长氮化铝缓冲层，然后生长氮化镓层，再降低生长温度，生长铟氮或铟铝氮量子点成核层，并且对铟氮或铟铝氮量子点成核层进行退火处理，这样可以形成高质量的量子点成核层，最后在铟氮或铟铝氮量子点成核层上，就可以生长铟镓氮或铟铝氮量子点层。

本发明是一种用分子束外延技术制备氮化物量子点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

选择一衬底；

在衬底上采用分子束外延技术生长氮化铝缓冲层；

生长氮化镓层；

降低生长温度，生长铟氮或铟铝氮量子点成核层；

对铟氮或铟铝氮量子点成核层进行退火处理；

在铟氮或铟铝氮量子点成核层上，生长铟镓氮或铟铝氮量子点层。

其中所述衬底为蓝宝石，或碳化硅，镓酸锂(LiGaO₂)衬底。

其中氮化铝缓冲层的生长温度为700-900℃，反应腔体的压力为1.0-3.0×10^-3Pa，铝炉的温度为980℃，氮气的流量为2sccm，射频电源的功率为400W，反射功率5W，生长氮化铝缓冲层的生长速率为每分钟5-10nm，生长厚度为0.001-0.05μm。氮化铝缓冲层的生长温度，反应腔体的压力，金属和氮源的束流，射频功率，生长速度以及生长厚度均会最终影响生长的铟镓氮或铟铝氮量子点层的性能。

其中氮化镓层的生长温度为700-900℃，反应腔体的压力为1.0-3.0×10^-3Pa，镓炉的温度为900℃，氮气的流量为2sccm，射频电源的功率为400W，反射功率5W，生长氮化镓层的生长速率为每分钟10-15nm，生长厚度0.1-2μm。氮化镓层的生长温度，反应腔体的压力，金属和氮源的束流，射频功率，生长速度以及生长厚度均会最终影响生长的铟镓氮或铟铝氮量子点层的性能。

其中铟氮或铟铝氮量子点成核层的生长温度为500-550℃，反应腔体的压力为1.0-3.0×10^-3Pa，铟炉的温度为580℃，铝炉的温度为900℃，氮气的流量为2sccm，射频电源的功率为400W，反射功率5W，生长铟氮或铟铝氮量子点成核层的生长速率为每分钟1-5nm，生长厚度0.002-0.01μm。铟氮或铟铝氮量子点成核层的生长温度，反应腔体的压力，金属和氮源的束流，射频功率，生长速度以及生长厚度均会最终影响生长的铟镓氮或铟铝氮量子点层的性能。

其中对铟氮或铟铝氮量子点成核层进行退火处理的退火温度为600-800℃，具体的退火温度包括600℃、650℃、700℃、750℃和800℃，退火时间为10分钟。