[实用新型]生长在镓酸锂衬底上的非极性纳米柱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，特别涉及生长在镓酸锂(LiGaO₂)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，已经被广泛的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基纳米柱LED大多基于其极性面构建而成，极性面存在的量子束缚斯塔克效应(QCSE)会造成LED能带弯曲、倾斜、从而引起电子与空穴的分离，严重降低载流子的辐射复合效率，并造成LED发光波长不稳定。采用非极性面外延GaN基LED，能够抑制能带弯曲和倾斜所引起的波长偏移，克服QCSE效应造成的电子与空穴分离，理论上提高近一倍的LED发光效率。同时，非极性InGaN/GaN量子阱结构被证明具有一种特殊的偏振特性，应用在屏幕显示器件中，能够去除偏振滤波片，从而降低偏振滤波片引起的损耗，同时提升屏幕的光线均匀性，达到节能、改善色调的作用。

非极性面GaN相比于极性面GaN，在生长过程中更容易形成缺陷。因此，非极性面GaN外延衬底的选择显得尤为重要，目前商业化的LED主要是在蓝宝石衬底上外延生长的，然而蓝宝石与GaN的晶格失配高，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。LiGaO₂衬底与非极性GaN在b、c轴方向上的晶格失配分别为0.1％和4.0％，热膨胀系数很接近(LiGaO2衬底的热膨胀系数分别为4.0×10^-6K^-1和3.8×10^-6K^-1，GaN对应的热膨胀系数分别为5.59×10^-6K^-1和3.17×10^-6K^-1)，是外延非极性面GaN最佳衬底之一。但LiGaO₂衬底高温下化学性质不稳定，要使LiGaO₂衬底上GaN基纳米柱LED能够真正实现大规模应用，因此需要寻找LiGaO₂衬底上生长GaN基纳米柱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镓酸锂衬底上的纳米柱LED及制备方法，所选择的镓酸锂衬底材料成本低廉，所制备的纳米柱阵列尺寸可控，取向均一，所获得的非极性纳米柱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：

生长在镓酸锂衬底上的非极性纳米柱LED，包括LiGaO₂衬底，生长在LiGaO₂衬底上的GaN纳米柱阵列，生长在GaN纳米柱阵列上的非掺杂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纳米柱阵列为非极性GaN纳米柱阵列。

所述生长在镓酸锂衬底上的非极性纳米柱LED还包括隔离层，所述隔离层沉积在GaN纳米柱阵列的侧壁和未被纳米柱阵列覆盖的LiGaO₂衬底上。所述隔离层为SiN_x、SiO₂或者Al₂O₃隔离层。SiN_x，x为1～2。

所述LiGaO₂衬底以(100)面偏(110)方向0.2～1°为外延面。

所述GaN纳米柱阵列是由生长在LiGaO₂衬底上的非极性GaN缓冲层制备而成的。

所述非极性GaN缓冲层是非极性面GaN，晶体外延取向关系为：GaN的(1-100)面平行于LiGaO₂的(100)面。即GaN纳米柱阵列是非极性面GaN，晶体外延取向关系为：GaN的(1-100)面平行于LiGaO₂的(100)面。