[实用新型]生长在铝酸锶钽镧衬底上的纳米柱LED

说明书

技术领域

本实用新型涉及纳米阵列LED生长与制备领域，特别涉及生长在铝酸锶钽镧(La_0.3Sr_1.7AlTaO₆)衬底上的纳米柱LED。

背景技术

GaN及其相关的III族氮化物在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质，已经被广泛地应用于制备发光二极管(LEDs)、激光二极管(LDs)和场效应晶体管等器件。近年来，GaN基纳米柱LED作为一种具有潜力的LED结构而备受关注，这是由于与平面结构LED相比，首先纳米柱LED具有高的面容比(面积/体积)，能够显著降低穿透位错密度；其次，纳米柱LED可大幅度提高LED的出光效率，实现光的耦合出射；最后可通过控制纳米柱LED的尺寸，改变纳米柱LED的发光波长，制备出单芯片多色发光的纳米柱LED，为实现低成本白光LED的制备开辟了新的道路。

目前GaN纳米柱的生长方法主要有催化剂法、无催化剂法、选区生长法。催化剂法以Au、Pt、Ni等为催化剂诱导GaN的Vapor liquid solid(VLS)生长机制，使气体反应物溶入纳米尺寸的催化金属液滴中，因过饱和而生长成纳米单晶柱或线。然而催化剂法难以控制GaN纳米柱的成核密度、排列状况以及晶体质量。同时，催化剂会在外延过程中作为杂质并入外延材料中，大大降低器件的电学及光学性能。无催化剂法通过控制合适的生长条件，包括V/III以及缓冲层的应用等外延生长GaN纳米柱。虽然这种方法生长的自组装GaN纳米柱无催化剂污染，晶体质量高，但是由于缺乏催化剂的定位及诱发，纳米柱分布缺乏规律且尺寸难控制，均匀性差。选区生长法是通过成熟的刻蚀工艺将人为设计的均一掩膜版图案转移至外延层，为纳米柱的生长提供分布均匀的形核位置，有利于制作尺寸可控且均匀分布的纳米柱LED。因此，选择合适的生长技术制备尺寸可控，取向均一的纳米柱阵列具有重要意义。

要进一步提高纳米柱LED的性能，还面临的另一个严峻挑战在于商业化的LED主要是在蓝宝石衬底上外延生长的，蓝宝石与GaN的晶格失配和热失配高，导致GaN纳米柱中形成很高的位错密度，从而降低材料的载流子迁移率，最终影响了器件的性能。La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底与GaN的晶格失配和热失配分别仅为0.1％和3.6％，是外延GaN最佳衬底之一。但La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底高温下化学性质不稳定，因此要使La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底上纳米柱LED能够真正实现大规模应用，需要寻找La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底上生长纳米柱LED的新方法及工艺。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种生长在铝酸锶钽镧衬底上的纳米柱LED及制备方法，所选择的铝酸锶钽镧衬底材料成本低廉，所制备的纳米柱阵列尺寸可控，取向均一，所获得的纳米柱LED的缺陷密度低、电学和光学性能优良。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

生长在铝酸锶钽镧衬底上的纳米柱LED，包括La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底，生长在La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底上的AlN成核层，生长在AlN成核层上的GaN纳米柱模板，生长在GaN纳米柱模板上的AlN/GaN超晶格层，生长在AlN/GaN超晶格层上的非掺杂GaN层，生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN层，生长在n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN层。

所述GaN纳米柱模板为GaN纳米柱阵列，所述GaN纳米柱模板是由生长在AlN成核层上的GaN缓冲层通过TracePro软件优化纳米柱排布，再采用纳米压印技术和刻蚀技术制备而成。

所述La_0.3Sr_1.7AlTaO₆衬底以(111)面偏(100)方向0.5～1°为外延面；晶体外延取向关系为：GaN的(0001)面平行于La_0.3Sr_1.7AlTaO₆的(111)面。