[发明专利]自组装InGaN量子点及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自组装InGaN量子点及其制备方法，所述制备方法包括：S1、基于分子束外延工艺，持续通入In源、Ga源及N源，在衬底上外延生长InGaN浸润层；S2、基于分子束外延工艺，持续通入In源及Ga源，周期性通入和/或中断N源，在InGaN浸润层上进行InGaN量子点的成核及生长。本发明采用两步生长法实现InGaN量子点的自组装生长，相对于S‑K模式直接生长或中断生长法，本发明对InGaN量子点生长动力学过程有更强的调控能力，一方面有利于促进In原子并入，拓展发光波长，另一方面可以改善量子点的微观形貌，提高其密度，以及尺寸和分布的均匀性。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种自组装InGaN量子点及其制备方法。

背景技术

自InGaN蓝光发光二极管(LED)被发明以来，GaN基发光二极管在固态照明、新型显示、可见光通信等领域获得了广泛应用，其有源区一般采用InGaN/GaN多量子阱结构。但是，随着In组分的增加，InGaN材料中位错密度会增加，制备更为困难；另外异质结构中存在很强的极化电场，导致能带倾斜，造成电子空穴波函数的空间分离，波函数交叠量减少，引起发光效率降低，即量子限制斯塔克效应(QCSE)，这极大地限制了绿光甚至红光器件的发光性能。

InGaN量子点作为一种零维材料，可以通过释放外延层中的应力而降低位错密度，并且能够减小InGaN/GaN异质结构中的压电极化而显著抑制QCSE的影响，因此InGaN量子点及异质结构具有更高的晶体质量，更强的发光性能，更短的载流子寿命，有望克服传统InGaN量子阱器件所面临的挑战，在高效三基色Mini/Micro-LED、激光器和可见光探测器等器件有广泛的应用潜力，在照明、显示、可见光通信、生物医疗等领域有重要应用价值。

通常InGaN量子点采用Stranski-Krastanov(S-K)模式进行自组织生长，主要包括三个步骤，首先会形成一层很薄的二维外延层，称为浸润层，随着厚度的增加，外延层中的晶格应变能会积累，当超过一定厚度时发生弹性弛豫形成三维岛，即量子点结构形成。目前，现有技术中提出一种中断生长方法，即在生长InGaN量子点的过程中，间隔性同时关闭In、Ga和N源一段时间(通常是十几秒)，随后同时打开三个源，以此反复，来生长InGaN量子点。

然而，基于S-K模式生长方法，InGaN量子点的尺寸和分布具有很大的随机性，并且由于应力效应对In的并入有一定的抑制作用，因此很难获得高质量的高In组分InGaN量子点。采用时间中断生长方法，主要是通过改变中断时间这一变量，对量子点生长的调控能力较弱，这一方法虽然对量子点的微观结构和光学性质都有所提高，但此方法制备的InGaN量子点密度比较低，并且量子点的尺寸、分布均匀性依然较差，即难以获得高发光效率器件所需要的高质量、高密度的InGaN量子点。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种自组装InGaN量子点及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自组装InGaN量子点及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种自组装InGaN量子点的制备方法，所述制备方法包括：

S1、基于分子束外延工艺，持续通入In源、Ga源及N源，在衬底上外延生长InGaN浸润层；

S2、基于分子束外延工艺，持续通入In源及Ga源，周期性通入和/或中断N源，在InGaN浸润层上进行InGaN量子点的成核及生长。

一实施例中，所述步骤S1和/或步骤S2中，In源的束流等效压强为1×10⁹～9×10⁹Torr，Ga源的束流等效压强为1×10⁹～9×10⁹Torr，N源的流量为0.5～3.0sccm，N源的等离子激发功率为150～500W。