[发明专利]一种双波段长波长发光铟镓氮量子阱外延片及其制备方法

说明书

本发明属于半导体材料技术领域，具体为一种双波段长波长发光铟镓氮量子阱外延片的制备方法。其采用金属有机物化学气相外延技术，先在m面蓝宝石衬底上外延半极性GaN；然后运用界面改性技术处理该GaN；随后在该GaN上继续外延GaN材料，从而获得高质量的GaN模板；最后在GaN模板上生长InGaN/GaN量子阱。界面改性技术提高GaN模板、InGaN/GaN量子阱的晶体质量并抑制穿透缺陷穿透至量子阱；且半极性InGaN/GaN量子阱极化场弱，因此量子阱可以发射出双波段光。本发明的外延片可用于制备紫蓝、蓝绿、绿橙、橙红光等双波段发光二极管。由于发光机制改善，改善现有黄绿光LED发光效率较低的问题。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，具体涉及一种双波段长波长发光铟镓氮（InGaN）量子阱外延片及其制备方法。

背景技术

III族氮化物材料作为一种直接带隙半导体，以其可调能带范围大（6.2-0.7eV）、击穿电场和电子迁移率高、热/化学稳定性高等优点受到广泛的关注与运用。目前被用于制备紫外、蓝、绿、橙、红光LED与激光器[1]、太阳能电池[2]、探测器[3]、高电子迁移率晶体管[4]，在照明显示、光通信、农业、医疗、能源、微电子、集成电路等领域有重要的应用。

传统的长波段的光电器件采用c面高铟组分的InGaN材料。然而生长c面生长的高铟组分的InGaN材料面临：1、铟掺入效率低，2、铟团聚，3、相分离，4、高密度穿透缺陷，5、强的极化场等问题，因此需要运用新技术来解决或改善以上问题，从而进一步提高现有器件的工作效率与降低能耗。目前，半极性GaN材料具有低的极化场、高的铟掺入效率与大的生长窗口等优点，可用于制备长波段发光器件，改善器件性能[5]。但是，由于缺乏廉价大尺寸GaN单晶衬底，异质外延的半极性GaN与衬底的晶格与热失配等原因导致生长出来的半极性GaN薄膜穿透缺陷密度高、表面粗糙，目前仍不能满足高性能长波段器件制备的要求。发展新的技术手段来获得高质量的半极性GaN薄膜、半极性长波段InGaN量子阱以及半极性GaN基长波段LED具有重要意义。

参考文献：

[1] Science 2005, 308, 1274−1278; Science 1997, 386, 351−359; Science1998, 281, 956; Mater. Today 2011, 14, 408−415.

[2] Appl. Phys. Lett., 2007, 91, 132117; Appl. Phys. Lett. 2008, 93,143502; IEEE Electron Device Lett. 2009, 30, 225; IEEE Electron Device Lett.2009, 30, 724; Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 063505.

[3] Appl. Phys. Lett., 1999, 75, 247; Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 063505;Proc. IEEE 2002, 90, 1006; IEEE Electron Device Lett. 2005, 26, 172; Appl.Phys. Lett. 2008, 92, 011112.

[4] IEEE Trans. Electron Devices Lett. 2001, 48, 560-566; IEEE ElectronDevices Lett. 2004, 25, 117-119; Proceedings of the IEEE 2008, 96, 287-305.

[5] MRS Bulletin 2009, 34, 318−323; MRS Bulletin 2009, 34, 334−340; Appl.Phys. Lett. 2012, 100, 201108; Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 085503.。

发明内容