[发明专利]基于GaN条纹模板的多色发光InGaN量子阱外延片的制备方法

摘要

本发明属于半导体材料技术领域，具体为一种基于GaN条纹模板的多色发光InGaN量子阱外延片的制备方法。本方法采用金属有机物化学气相外延技术，首先在m面蓝宝石衬底上原位外延一种具有亚微米尺度的由多种侧壁小面构成的GaN条纹模板；然后在这种GaN条纹模板上自组织生长具有多种量子阱结构的InGaN/GaN量子阱。在不同小面上形成的InGaN量子阱具有不同的发光波长。这种方法制备的外延片的发光光谱涵盖了紫、蓝、绿、橙、红光，由此可混合成白光。由于无需涂敷荧光粉，本发明制备的外延片免除了激发荧光粉下转换的能耗，具有较高的带宽和传输速率，可用于高速可见光通信。

主权项

1.一种基于GaN条纹模板的多色发光InGaN量子阱外延片的制备方法，采用MOCVD技术，其特征在于，具体步骤为：（1）高温清洁和氮化m面蓝宝石衬底表面：将m面蓝宝石衬底置入MOCVD反应腔，反应腔内压强稳定在50‑150Torr范围内，控制衬底温度在1000‑1150℃，通入氢气作为吹扫气体来清洁蓝宝石表面，持续5‑20分钟；随后升压到400‑550Torr，降温到450‑650℃，通入NH₃来氮化蓝宝石衬底表面，持续氮化3‑10分钟；（2）在m面蓝宝石的氮化表面上生长GaN成核层：将反应腔内压强稳定在400‑550Torr范围内，控制衬底温度在500‑600℃，通入NH₃和TMGa，作为氮源和镓源，NH₃/TMGa的比率为500‑2500，生长低温GaN成核层；随后升温退火GaN成核层，退火温度为1000‑1100℃；（3）在GaN成核层上原位生长多种斜面的GaN条纹结构：调整反应腔内压强并稳定在200‑500Torr范围内，控制衬底温度在800‑1100℃，通入的NH₃和TMGa，NH₃/TMGa比率为500‑4000，在GaN晶核上生长GaN条纹结构；持续生长6‑20分钟，形成不同尺寸的长条形的GaN条纹结构，其表面形成{0001}/{10‑13}、{11‑22}、{10‑11}、{20‑21}、{11‑24}多种小面；（4）在GaN条纹模板上自组织生长多种结构的InGaN/GaN量子阱，得到多色发光的外延片：调整反应腔内压强并稳定在250‑350Torr范围内，控制衬底温度在700‑900℃，其中，InGaN生长温度为700‑780℃，GaN生长温度为800‑900℃；在GaN条纹模板的多种小面上生长InGaN/GaN量子阱；由于不同小面生长各向异性，在同一生长条件下在不同小面上生长的InGaN/GaN量子阱结构不同，可实现涵盖紫、蓝、绿、橙和红光光谱的多色发光。