[发明专利]生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱及其制备方法

权利要求书

1.生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于，包括Si/石墨烯复合衬底(1)、生长在Si/石墨烯复合衬底上的n型掺杂GaN纳米柱(2)，生长在n型掺杂GaN纳米柱顶部上的InGaN/GaN多量子阱(3)，生长在InGaN/GaN多量子阱顶部的p型掺杂GaN纳米柱(4)。

2.根据权利要求1所述的生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于，所述Si/石墨烯复合衬底中石墨烯为单层或多层。

3.根据权利要求1所述的生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于，所述n型掺杂GaN纳米柱的高度为100nm～1μm；所述n型掺杂GaN纳米柱掺杂电子浓度为1.0×10¹⁷～5.0×10¹⁹cm^-3。

4.根据权利要求1所述的生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于，所述InGaN/GaN多量子阱为2～10个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为2～3nm；GaN垒层的厚度为3～13nm。

5.根据权利要求1所述的生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱，其特征在于，所述p型掺杂GaN纳米柱的高度为50nm～1μm；所述p型掺杂GaN纳米柱掺杂空穴浓度为1.0×10¹⁶～2.0×10¹⁸cm^-3。

6.制备权利要求1-5任一项所述的生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)衬底的选取：采用单晶Si薄片衬底；

(2)衬底表面清洗处理；

(3)制备Si/石墨烯复合衬底；

(4)n型掺杂GaN纳米柱的生长：采用分子束外延生长工艺，衬底温度为750～950℃，Ga流量为0.5×10^-7～1.5×10^-7Torr，氮气流量为1～2sccm，在步骤(3)得到的Si/石墨烯复合衬底上生长n型掺杂GaN纳米柱；

(5)InGaN/GaN多量子阱的外延生长：采用分子束外延生长工艺，衬底温度为550～850℃，Ga流量为0.5×10^-7～1.5×10^-7Torr，氮流量为1～2sccm，In流量为0.3×10^-7～3.0×10^-7Torr，在步骤(4)得到的n型掺杂GaN纳米柱顶部生长InGaN/GaN多量子阱；

(6)p型掺杂GaN纳米柱的生长：采用分子束外延生长工艺，衬底温度为700～950℃，Ga流量为0.5×10^-7～1.5×10^-7Torr，氮气流量为1～2sccm，在步骤(5)得到的InGaN/GaN多量子阱上生长p型掺杂的GaN纳米柱，得生长在硅/石墨烯复合衬底上的InGaN/GaN多量子阱纳米柱。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述衬底表面清洗处理，具体包括以下步骤：

首先用有机溶剂除去Si表面的有机污染物，依次在四氯化碳、甲苯、丙酮、无水乙醇中各清洗3次，每次3分钟，之后用去离子水漂洗干净；其次，在新配H₂SO₄:H₂O₂质量比为1:1的H₂SO₄:H₂O₂溶液中清洗，之后用去离子水漂洗干净；最后，在HF:H₂O质量比为1:10的HF:H₂O溶液中刻蚀表面氧化层，用去离子水漂洗干净后用高纯干燥氮气吹干。