[go: up one dir, main page]

CN104584241A - 第iii族氮化物结构 - Google Patents

第iii族氮化物结构 Download PDF

Info

Publication number
CN104584241A
CN104584241A CN201380044365.8A CN201380044365A CN104584241A CN 104584241 A CN104584241 A CN 104584241A CN 201380044365 A CN201380044365 A CN 201380044365A CN 104584241 A CN104584241 A CN 104584241A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitride
group iii
pyramid
iii nitride
elongated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380044365.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104584241B (zh
Inventor
佛德列克·卡尔颂
许志伟
安德司·伦德司库
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POLAR LIGHT TECHNOLOGIES AB
Original Assignee
POLAR LIGHT TECHNOLOGIES AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by POLAR LIGHT TECHNOLOGIES AB filed Critical POLAR LIGHT TECHNOLOGIES AB
Publication of CN104584241A publication Critical patent/CN104584241A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104584241B publication Critical patent/CN104584241B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/817—Bodies characterised by the crystal structures or orientations, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H10H20/818—Bodies characterised by the crystal structures or orientations, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light-emitting regions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/817—Bodies characterised by the crystal structures or orientations, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种第III族氮化物结构，包括至少一个具有含至少四条边的底部的结构棱锥。该结构棱锥包括具有含至少四条边的底部的内棱锥，该内棱锥由第一第III族氮化物制成。该内棱锥覆盖有由第二第III族氮化物制成的内部第一层和由第三第III族氮化物制成的外部第二层，其中第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙。所述结构棱锥的底部被加长，形成上脊部以产生至少一个各向异性量子点。一种制造第III族氮化物结构的方法，包括：设置基板；在该基板上设置掩膜，该膜包括至少一个加长的孔；在该基板上生长第一第III族氮化物；在该第一第III族氮化物上沉积第二第III族氮化物的内部第一层；在所述第二第III族氮化物上沉积第三第III族氮化物的外部第二层，其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙。

Description

第III族氮化物结构
技术领域
本发明涉及包括至少一个结构棱锥的第III族氮化物结构。本发明还涉及用于制造包括至少一个结构棱锥的第III族氮化物结构的方法。
背景技术
某些应用，如液晶显示器(LCD)，本质上依赖于线偏振光。如今偏振光的产生主要通过过滤非偏振光而被动产生，这不可避免地降低了设备的效率，或通过激光设备中的受激发射直接生成偏振光。
在过去几年中对于第III族氮化物的兴趣迅速增长。一个原因是第III族氮化物的半导体特性，可用于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。
半导体量子点(QD)在各种发光二极管中具有重要作用。例如，结合入发光二极管或激光二极管有源层中的量子点可以提高这些发光二极管或激光二极管的效率。从量子点发出的光子具有特定的能量，其可以是时间相关和/或量子纠缠(quantum-entangled)的，这样的单光子特性在量子密码应用(QCA)和其他量子信息应用(QIA)中前景广阔。
在这些应用中，一个量子点代表一个独立的量子光源，而且重要的是，量子点能够以可控的方式进行设置以便于后续的器件加工。
为量子点提供优先形成位置的棱锥结构模板，是一种获得量子点的位点控制的方法。棱锥通过下述方法获得：在生长层之上放置其中带有孔的掩膜，沉积外延生长在所述生长层上的半导体材料，形成六棱锥。另一半导体的层(称为有源层)沉积在棱锥之上，该有源层进而由与制成棱锥材料相同的材料覆盖。该有源层具有比其周围更窄的带隙，由此形成量子阱(QW)并且在棱锥的尖端形成有源层的量子点。
尖锐的发射峰是量子点的量子化能级三维量子限域的证据。设置在六棱锥顶端处的单个的位点控制的量子点能够给出尖锐的发射线。通过改变棱锥内有源层的生长温度，可在一定能量范围内调制发射能。此外，各个棱锥上单个量子点的发射线倾向于在特定方向上偏振。
已显示出该过程在具有六个等同面{1011}的<0001>方向上生长的GaN棱锥上的InGaN量子点是有效的，这是由于GaN六方纤锌矿的晶体对称性。这些单个量子点的特性和以可控方式制造这些单个量子点的能力显示出其作为量子光发射器(QLE)的量子点的潜力。
光偏振的面内控制在广泛的科学和技术领域中至关重要。除了固态发光应用，量子密码学领域需要发射具有确定偏振矢量光子的、可靠的单光子源。这种偏振确定的单光子源应优选具有窄的谱线宽度，与现代电子设备的兼容性并允许室温操作。
为增加这些量子点的实用性，如果所述发射光子的偏振方向可被调整至包括更多的方向并且这些额外的方向能够可控，那么其也是优选的。因此，对改变方向或至少改进偏振光发光存在需求。因此，对控制第III族氮化物棱锥量子点的发光的偏振方向存在需求。
发明内容
本发明的一个目的是克服至少一些上面提及的问题和缺陷。本发明的一个目的是获得第III族氮化物结构，其直接生成线性偏振的光子，该光子发射自具有单独和确定极化矢量的位点控制的光源。本发明的一个目的是控制从第III族氮化物结构发射光子的偏振方向。本发明的一个目的是获得作为光子源的第III族氮化物结构，该光子源发射的光子具有期望的偏振方向。本发明的一个目的是获得作为具有窄谱线宽度的光子源的第III族氮化物结构。本发明的一个目的是获得作为光子源的第III族氮化物结构，其发射的光子具有期望的偏振方向，其与现代电子设备兼容和/或允许室温操作。
这些以及更多的目的通过第III族氮化物结构实现，该第III族氮化物结构包括至少一个具有含至少四条边的底部的结构棱锥，其中所述结构棱锥包括具有含至少四条边的底部的内棱锥，所述内棱锥由第一第III族氮化物制成，其中所述内棱锥覆盖有由第二第III族氮化物制成的内部第一层和由第三第III族氮化物制成的外部第二层，其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，其中所述结构棱锥的所述底部被加长，形成上脊部以产生至少一个各向异性量子点。
本发明的第III族氮化物结构具有偏振性质。本发明的第III族氮化物结构使得能够直接生成线性偏振光子，该光子发射自具有单独和确定偏振矢量的位点控制的光源。本发明的第III族氮化物结构使得能够控制从第III族氮化物结构发射的光子的偏振方向。本发明的第III族氮化物结构可用作光子源，该光子源发射的光子具有期望的偏振方向。本发明的第III族氮化物结构可用作光子源，该光子源具有窄的谱线宽度。本发明的第III族氮化物结构可用作光子源，其发射的光子具有期望的偏振方向。所述第III族氮化物结构与现代电子设备兼容。可允许在室温下操作。
上述和更多的目的以及上述优点还通过以下用于制造第III族氮化物结构的方法实现，该方法包括设置基板；在所述基板上设置掩膜，该膜包括至少一个加长的孔；在所述基板上生长第一第III族氮化物，从而在所述至少一个加长的孔的位置处获得由第一第III族氮化物制成且具有含至少四条边的底部的内棱锥；在所述第一第III族氮化物上沉积第二第III族氮化物的内部第一层；在所述第二第III族氮化物上沉积第三第III族氮化物的外部第二层；其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，由此在所述至少一个加长的孔的位置处获得具有加长的底部的至少一个结构棱锥，该底部具有至少四条边，并由此所述至少一个结构棱锥具有上脊部，该上脊部具有至少一个各向异性量子点。
本发明更多的目的和特点将通过以下本发明的具体实施方案体现出来。
附图说明
图1以顶视图和透视图示出了六棱锥。
图2示出了根据棱锥的生长时间的不同的脊部尺寸。
图3示出了掩膜内的加长的孔和相应六棱锥。
图4示出了对于根据本发明的第III族氮化物结构、在棱锥底部不同的伸长率下的偏振水平。
图5示出了根据本发明具有多个结构棱锥的第III族氮化物结构的SEM(扫描电子显微镜)照片。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及一种第III族氮化物结构，包括至少一个具有含至少四条边的底部的结构棱锥，其中所述结构棱锥包括具有含至少四条边的底部的内棱锥，所述内棱锥由第一第III族氮化物制成，其中所述内棱锥覆盖有由第二第III族氮化物制成的内部第一层和由第三第III族氮化物制成的外部第二层，其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，其中所述结构棱锥的底部被加长，形成上脊部以产生至少一个各向异性量子点。图1以顶视图和透视图示出了加长的六棱锥，其中显示出了上脊部100。
通过用内部第一层覆盖内棱锥，获得了覆盖所述内棱锥的中间棱锥。通过用外部第二层(即帽层)覆盖中间棱锥，获得了覆盖中间棱锥和内棱锥的外棱锥。通过使用第III族氮化物获得量子点(即获得三维势阱)，其中第二第III族氮化物具有比第一第III族氮化物和第三第III族氮化物更窄的带隙。在结构棱锥的顶部获得量子点。通过使棱锥的底部被加长，获得棱锥的上脊部100、200。上脊部是加长的。通过形成上脊部，获得至少一个各向异性量子点。所获得的各向异性量子点可能例如由于量子点采取加长的形状或出现了各向异性应变场。由于量子点是各向异性的，所述第III族氮化物获得了偏振方向。因此，该第III族氮化物结构具有线性偏振性质。偏振方向可能与量子点的加长方向(即上脊部的方向)相关。偏振方向与棱锥底部的加长方向相关。因此偏振方向是可控的。通过对棱锥的底部的加长进行取向，使偏振方向可控。
在一个实施方案中，所述第三第III族氮化物与第一第III族氮化物相同。
在一个实施方案中，在所述加长的方向上，所述结构棱锥的底部的长度比所述结构棱锥的底部的宽度长至少0.2μm。在一个实施方案中，在所述加长的方向上，所述结构棱锥的底部的长度比所述结构棱锥的底部的宽度长至少0.4μm，例如长至少0.6μm，例如长至少0.8μm，例如长至少1μm。在一个实施方案中，在所述加长的方向上，所述结构棱锥的底部的长度比所述结构棱锥的底部的宽度长至少0.8μm。
在一个实施方案中，上脊部的宽度(W)等于或小于300nm。在一个实施方案中，上脊部的宽度等于或小于200nm，例如等于或小于150nm，例如等于或小于100nm。
在一个实施方案中，上脊部的长度(L)大于上脊部的宽度(W)。
在一个实施方案中，至少一个各向异性量子点具有沿上脊部方向的加长。在一个实施方案中，至少一个各向异性量子点具有沿结构棱锥的加长的底部方向的加长。
在一个实施方案中，每个结构棱锥和每个内棱锥的底部具有至少六条边，如图1、2、3和5所示。当所述棱锥的底部具有六条边时，所述棱锥具有六边形底部。在一个实施方案中，每个结构棱锥和每个内棱锥具有六边形底部。在一个实施方案中，每个棱锥的六边形底部为不规则的六边形。在一个实施方案中，每个棱锥的六边形底部是加长的。在一个实施方案中，六边形底部两个相对的边长于六边形底部的其它边。在一个实施方案中，每个棱锥的不规则六边形为椭圆六边形(elliptic hexagon)。椭圆六边形是内接于椭圆的六边形。
在一个实施方案中，上脊部布置在结构棱锥被加长的底部的方向上，即，上脊部的加长布置于结构棱锥底部的加长方向上。因此，上脊部的纵向方向布置在结构棱锥被加长的底部的纵向方向上。
在一个实施方案中，结构棱锥为截棱锥。在一个实施方案中，内棱锥为截棱锥。
在一个实施方案中，第III族氮化物结构还包括第一第III族氮化物的其上设置至少一个结构棱锥的底层(stratum)。
在包括底层的一个实施方案中，至少一个结构棱锥的加长的底部的纵向方向取向为底层的第III族氮化物的[2110]方向，或相对于所述底层的第III族氮化物的[2110]方向旋转30°、60°、90°、120°、150°或180°。在包括底层的一个实施方案中，至少一个结构棱锥的加长的底部的纵向方向取向为所述底层的第III族氮化物的[2110]方向，或相对于所述底层的第III族氮化物的[2110]方向旋转60°、120°或180°。在图5b中示出的棱锥相对于所述底层的第III族氮化物的[2110]方向分别以0°、60°、120°生长，其对应于平行于[2110]、[1120]和[1210]方向排列的脊部。由于第III族氮化物的晶体结构，棱锥沿这些方向生长。0°、60°、120°的取向是优选的，这是由于在六棱锥的情况下上述取向会得到加长的六边形脊部，而30°、90°和150°的取向会得到菱形顶端。
在一个实施方案中，底层由第一第III族氮化物制成。通过在底层和内棱锥两者中均使用相同的第III族氮化物，减小了内棱锥中的应力和位错。在一个实施方案中，底层由(0001)取向的第III族氮化物GaN制成。当内棱锥以相同的第III族氮化物(GaN)生长时，内棱锥的晶体结构仿照下层GaN的晶体结构。当使得内棱锥生长一段合适的时间时，明显的{1101}面或侧面汇聚成在{2110}方向上加长的狭窄的脊部。如果使得生长的时间过长，加长的狭窄脊部会变成棱锥加长的尖端，而如果生长时间过短，则脊部会是宽的平台表面。
在纤锌矿晶体结构的情况下，例如对于氮化镓，量子点优选在棱锥结构的(0001)小面成核。因此，对于棱锥结构的形状和尺寸(体积)存在限制以获得光子极化矢量的引导；即三维棱锥结构应包括多于3个的小面使其能汇聚成狭窄的脊部。
在一个实施方案中，结构具有多于一个的棱锥，并且承载(hosting)量子点的棱锥可以在空间上设置得非常接近，棱锥间的距离例如小于25μm，例如小于10μm，例如约6μm。在一个实施例中，棱锥具有不同的取向使得在单个激发时一个结构可以产生不同极化的光子；通过控制在一个时刻光活化的棱锥，可动态地控制所发射的光的偏振一直下降至单光子强度。
如上所述，本发明还涉及一种用于制造第III族氮化物结构的方法，该方法包括设置基板；在所述基板上设置掩膜，该膜包括至少一个加长的孔；在所述基板上生长第一第III族氮化物，从而在所述至少一个加长的孔的位置处获得由第一第III族氮化物制成且具有含至少四条边的底部的内棱锥；在所述第一第III族氮化物上沉积第二第III族氮化物的内部第一层；在所述第二第III族氮化物上沉积第三第III族氮化物的外部第二层，其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，由此在所述至少一个加长的孔的位置处获得具有含至少四条边的加长的底部的至少一个结构棱锥，并由此所述至少一个结构棱锥具有上脊部，该上脊部具有至少一个各向异性量子点。
图2示出了根据脊部生长停止时间的上脊部的形状和尺寸。如果生长时间太短则脊部不会成为狭窄的脊部而成为宽的台部201。图中的第一个棱锥生长t1的生长时间，第二个为t2且第三个为t3，并且在图2所示的情况下t1<t2<t3。因此加长的棱锥的截取面积由生长时间来调整。
图3示出的是在掩膜上的加长的孔，其中膜中的孔为椭圆形且六边形表示由上述得到的棱锥。图中的E表示的是孔的加长。图3还示出0°、60°和120°的生长方向。根据孔的取向，棱锥在不同方向上生长。
图4示出了针对不同的E(参见图3)，预计公差(T)为0和±10度以内的所发射的光的偏振方向的概率。偏振导向接近线性地随E变化的概率。图4示出了当加长结构棱锥的底部时(E为至少0.2μm)获得了偏振方向。当加长(E)增加时，极化导向的概率增加。当E增加至0.8μm时，当应用±10度的公差时，量子点发射定向为平行于脊部的概率为约0.75，这对于大部分应用是足够的。对于E＝1.0μm，当应用±10度的公差时，量子点发射定向为平行于脊部的概率增加至约0.90，这对于许多应用是足够的。当E为0.6μm时在不同方向上观察到偏振方向的清晰狭窄的分布。
掩膜在除加长的孔设置的位置以外阻止第III族氮化物的生长。上述方法使得能够制造出如上所详述的第III族氮化物结构。如上所解释的，用所述方法获得的上述第III族氮化物结构表现出可控的偏振方向。
在一个实施方案中，加长的孔在所述加长的方向上的长度比加长的孔的宽度长至少0.2μm。在一个实施方案中，加长的孔在加长的方向上的长度比加长的孔的宽度长至少0.4μm，例如长至少0.6μm，例如长至少0.8μm，例如长至少1μm。在一个实施方案中，在所述加长的方向上，加长的孔的长度比加长的孔的宽度长至少0.8μm。
在一个实施方案中，在基板上生长第一第III族氮化物直至在沉积第一层和第二层后，上脊部的宽度等于或小于300nm。在一个实施方案中，在基板上生长第一第III族氮化物直至在沉积第一层和第二层后，上脊部的宽度等于或小于200nm，例如等于或小于150nm，例如等于或小于100nm。
第二层优选比单层更厚，并且薄于300nm。
在一个实施方案中，加长的孔呈由矩形连接的两个半圆的形式，其中所述矩形的宽度等于所述半圆的直径且矩形的长度(E)大于0。这可由图3中看出。描述本实施方案的一个替代方式为，加长的孔呈具有四个圆角的矩形形式，其中圆角的半径为矩形宽度的一半且矩形的长度长于两个半径。在一个实施方案中，所述加长的孔为椭圆孔。
在一个实施方案中，矩形的长度为至少0.2μm。在一个实施方案中，矩形的长度为至少0.4μm，例如至少0.6μm，例如至少0.8μm，例如至少1μm。在一个实施方案中，矩形的长度为至少0.8μm。
在一个实施方案中，该方法还包括在基板上生长第一第III族氮化物的底层的步骤，在该底层上设置掩膜且在该底层上生长所述第一第III族氮化物；该步骤在基板上设置掩膜之前实施。
在包括底层的生长的一个实施方案中，其中加长的孔的纵向方向取向为所述底层的第III族氮化物的[2110]方向，或相对于所述底层的第III族氮化物的[2110]方向旋转30°、60°、90°、120°、150°或180°。在包括底层的生长的一个实施方案中，其中加长的孔的纵向方向取向为所述底层的第III族氮化物的[2110]方向，或相对于所述底层的第III族氮化物的[2110]方向旋转60°、120°或180°。
在一个实施方案中，所述第一第III族氮化物的生长为同质外延生长。
在该方法的一个实施方案中，第III族氮化物结构为根据以上所述实施方案的第III族氮化物结构，和/或包括以下所述的第III族氮化物。
第III族氮化物是第III族元素的氮化物，所述第III族元素即属于硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)和第113号元素(ununtrium，Uut)一族的元素。
通过生长包括镓、铝、铟或它们的混合物的结构，所产生的结构具有可用于LED或LD的优异的半导体特性。
在一个实施方案中，该第一第III族氮化物的第III族元素是镓、铝、铟或它们的混合物。第一第III族氮化物可以是单一的III族氮化物，如氮化镓、氮化铝或氮化铟。或者，第一第III族氮化物可以是包括金属混合物(如镓和铝的组合，或者镓和铟的组合，或者镓、铝和铟的组合)的氮化物。第一第III族氮化物可以是包括镓和铝的混合物的氮化物。第一第III族氮化物可以是氮化镓、氮化铝、铝镓氮化物、铟镓氮化物或铟铝镓氮化物。
在一个实施方案中，该第二第III族氮化物的第III族元素是镓、铝、铟或它们的混合物。第二第III族氮化物可以是单一的第III族氮化物，如氮化镓、氮化铝或氮化铟。或者，第二第III族氮化物可以是包括金属混合物(如镓和铝的组合，或者镓和铟的组合，或者镓、铝和铟的组合)的氮化物。第二第III族氮化物可以是包括镓和铝的混合物的氮化物。第二第III族氮化物可以是氮化镓、氮化铝、铝镓氮化物、铟镓氮化物、铝铟氮化物或铟铝镓氮化物。
在一个实施方案中，该第三第III族氮化物的第III族元素是镓、铝、铟或它们的混合物。第三第III族氮化物可以是单一的III族氮化物，如氮化镓、氮化铝或氮化铟。或者，第三第III族氮化物可以是包括金属混合物(如镓和铝的组合，或者镓和铟的组合，或者镓、铝和铟的组合)的氮化物。第三第III族氮化物可以是包括镓和铝的混合物的氮化物。第三第III族氮化物可以是氮化镓、氮化铝、氮化铟、铝镓氮化物、铟镓氮化物或铟铝镓氮化物。
在一个实施方案中，第一第III族氮化物的第III族元素是镓或包含镓的金属混合物。第一第III族氮化物可以为氮化镓或包括金属混合物的氮化物，金属混合物的其中之一是镓，如铝镓氮化物、铟镓氮化物或铟铝镓氮化物。第一第III族氮化物可以是氮化镓。
在一个实施方案中，所述第二第III族氮化物的第III族元素是包含铟和镓的金属混合物。第二第III族氮化物可以为铟镓氮化物或包括金属混合物的氮化物，金属混合物包括铟和镓，例如铟镓氮化物或铟铝镓氮化物。第一第III族氮化物可以是铟镓氮化物。
在一个实施方案中，第三第III族氮化物的第III族元素是镓或包含镓的金属混合物。第三第III族氮化物可以为氮化镓或包括金属混合物的氮化物，金属混合物的其中之一是镓，如铝镓氮化物，铟镓氮化物或铟铝镓氮化物。第三第III族氮化物可以是氮化镓。
在一个实施方案中，第一第III族氮化物是氮化镓，第二第III族氮化物是铟镓氮化物，第三第III族氮化物是氮化镓。
实验实施例
结构的完整结构通过水平低压热壁金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统生长，该系统使用三甲基镓，三甲基铟，和NH3作为前体。
InGaN量子点外延生长在由氮化镓(GaN)制成的选择性生长的不对称的三维纳米结构之上。棱锥通过30nm厚的SiN掩膜中的开口选择性地生长，该开口通过紫外光刻/反应性离子刻蚀(RIE)工艺产生。当孔利用常规的紫外光刻/RIE工艺产生时，可以在微米尺度精确控制孔的位置、密度和面积(当应用电子束光刻时可达纳米尺度)。掩模开口由半径R＝1.5μm(该半径等于矩形的宽度的一半)的圆角矩形的方形阵列(间距约6.3μm米)构成。横跨基板，圆角矩形的长度以0.2μm的步进从3.0μm至4.0μm变化，这分别对应于结构棱锥的底部加长为0.2μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm和1.0μm。
当在例如具有SiN掩膜的GaN的这样的模板上实施MOCVD生长时，生长在SiN孔中选择性地发生，其后来发展为三维GaN纳米结构。选择性生长的三维GaN纳米结构的晶体结构仿照下层的GaN模板的晶体结构，因此在SiN孔内部形成有明显{1101}小面的(0001)取向的GaN岛。(0001)和{1101}小面之间的倾斜角度约62度，因此{1101}面会聚。在一个完美对称SiN的孔情况下，{1101}小面理想化地会聚成一个单个点。
图3中示出了从上方观察的掩膜开口以及所得到的六棱锥的图。图3还示出了掩膜开口加长的内部参数E。E＝0.0μm对应于圆。当SiN孔的对称性被加长所打破，{1101}小面会聚成(0001)狭窄的脊部。脊部的宽度W和长度L，如图1所示，分别大约为90nm和1.2μm。
棱锥底部和随后的InGaN量子阱/量子点和GaN帽层分别在1030℃、800℃和800℃的生长温度下生长。在其上生长加长的棱锥的模板为在(0001)取向的轴上4H-SiC衬底上沉积的100nm的AlN成核层，随后是2.0μm的GaN层。GaN棱锥底部、InGaN量子阱/量子点、和GaN帽层的生长时间分别设置为45分钟、1分钟和10分钟。
所获得的包括加长棱锥的结构由SEM分析。所得到的SEM图像如图5所示。
使用低温(4K)μPL设备来测试InGaN量子阱/量子点的光学性能。使用在266nm下工作的连续激光器作为激发源。激光通过反射物体聚焦到一个直径为约1.5μm的斑点。由相同的物体收集发射的光，并随后被引导入一个可旋转的线性偏振器并最后进入具有2400槽/mm的光栅和在所研究的波长范围内具有约350μeV光谱分辨率的单色仪。研究了所得结构棱锥中发射光子的偏振。图4示出了针对不同的伸长E，获得公差(T)在0度和±10度以内的发光偏振方向的概率。
此前已描述了原理，优选的实施方案，本发明的操作模式。然而，上述描述应被视为说明性而不是限制性的，本发明不应局限于上面讨论的具体实施方案。本发明的各种实施例的不同特点，可以上述明确描述外结合其他的组合。因此，本领域技术人员应该认识到这些实施方案中可以进行各种变化，只要其不脱离以下权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (18)

1.一种第III族氮化物结构，包括至少一个具有含至少四条边的底部的结构棱锥，其中所述结构棱锥包括具有含至少四条边的底部的内棱锥，所述内棱锥由第一第III族氮化物制成，其中所述内棱锥覆盖有由第二第III族氮化物制成的内部第一层和由第三第III族氮化物制成的外部第二层，其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，
其中所述结构棱锥的所述底部被加长，形成上脊部以产生至少一个各向异性量子点。
2.根据权利要求1所述的第III族氮化物结构，其中所述结构棱锥的所述底部在所述加长的方向上的长度比所述结构棱锥的所述底部的宽度长至少0.2μm。
3.根据权利要求2所述的第III族氮化物结构，其中所述结构棱锥的所述底部在所述加长的方向上的长度比所述结构棱锥的所述底部的宽度长至少0.8μm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的第III族氮化物结构，其中所述上脊部的宽度等于或小于300nm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的第III族氮化物结构，其中所述上脊部的长度大于所述上脊部的宽度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的第III族氮化物结构，其中所述结构棱锥和所述内棱锥的每一个均具有六边形底部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的第III族氮化物结构，还包括所述第一第III族氮化物的底层，所述底层上设置有所述至少一个结构棱锥。
8.根据权利要求7所述的第III族氮化物结构，其中至少一个结构棱锥的加长的底部的纵向方向取向为所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向，或者相对于所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向旋转30°、60°、90°、120°、150°或180°。
9.根据权利要求8所述的第III族氮化物结构,其中至少一个结构棱锥的所述加长的底部的纵向方向取向为所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向，或相对于所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向旋转60°、120°或180°。
10.一种用于制造第III族氮化物结构的方法，包括
设置基板；
在所述基板上设置掩膜，该膜包括至少一个加长的孔；
在所述基板上生长第一第III族氮化物，从而在所述至少一个加长的孔的位置处获得由所述第一第III族氮化物制成并且具有含至少四条边的底部的内棱锥；
在所述第一第III族氮化物上沉积第二第III族氮化物的内部第一层；
在所述第二第III族氮化物上沉积第三第III族氮化物的外部第二层；
其中所述第二第III族氮化物具有比所述第一第III族氮化物更窄的带隙，和比所述第三第III族氮化物更窄的带隙，
由此在所述至少一个加长的孔的位置处获得具有加长的底部的至少一个结构棱锥，所述加长的底部具有至少四条边，并由此所述至少一个结构棱锥具有上脊部，该上脊部具有至少一个各向异性量子点。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述加长的孔在加长的方向上的长度比所述加长的孔的宽度长至少0.2μm。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述加长的孔在加长的方向上的长度比所述加长的孔的宽度长至少0.8μm。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中在所述基板上生长所述第一第III族氮化物直至在沉积所述第一层和第二层后，所述上脊部的宽度等于或小于300nm。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述加长的孔呈由矩形连接的两个半圆的形式，其中所述矩形的宽度等于所述半圆的直径并且所述矩形的长度大于0。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，还包括在所述基板上生长所述第一第III族氮化物的底层的步骤，在所述底层上设置所述掩膜并且在所述底层上生长所述第一第III族氮化物；在所述基板上设置掩膜之前实施所述步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述加长的孔的纵向方向取向为所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向，或者相对于所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向旋转30°、60°、90°、120°、150°或180°。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述加长的孔的所述纵向方向取向为所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向，或者相对于所述底层的所述第III族氮化物的[2110]方向旋转60°、120°或180°。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其中所述第III族氮化物结构为根据权利要求1至9中任一项所述的第III族氮化物结构。
CN201380044365.8A 2012-06-26 2013-06-26 第iii族氮化物结构 Active CN104584241B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1200384-4 2012-06-26
SE1200384A SE537434C2 (sv) 2012-06-26 2012-06-26 Grupp III-nitridstruktur
PCT/EP2013/063362 WO2014001380A1 (en) 2012-06-26 2013-06-26 Group-iii nitride structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104584241A true CN104584241A (zh) 2015-04-29
CN104584241B CN104584241B (zh) 2017-12-15

Family

ID=48699796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380044365.8A Active CN104584241B (zh) 2012-06-26 2013-06-26 第iii族氮化物结构

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9337389B2 (zh)
EP (1) EP2865020B1 (zh)
JP (1) JP6147854B2 (zh)
CN (1) CN104584241B (zh)
SE (1) SE537434C2 (zh)
WO (1) WO2014001380A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109791963A (zh) * 2016-09-29 2019-05-21 日亚化学工业株式会社 发光元件

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE537434C2 (sv) * 2012-06-26 2015-04-28 Polar Light Technologies Ab Grupp III-nitridstruktur
EP4447119A1 (en) 2023-04-13 2024-10-16 Polar Light Technologies AB Manufacturing method of a led array precursor with electrical contacts on a same side, corresponding precursor, led array and devices comprising the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447990A (zh) * 2000-07-18 2003-10-08 索尼株式会社 半导体发光器件及其制造工艺

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19522351A1 (de) * 1995-06-20 1997-01-09 Max Planck Gesellschaft Verfahren zur Herstellung von Quantenstrukturen, insbesondere von Quantenpunkten und Tunnelbarrieren sowie Bauelemente mit solchen Quantenstrukturen
US6233267B1 (en) * 1998-01-21 2001-05-15 Brown University Research Foundation Blue/ultraviolet/green vertical cavity surface emitting laser employing lateral edge overgrowth (LEO) technique
US8178221B2 (en) * 2000-07-10 2012-05-15 Amit Goyal {100}<100> or 45°-rotated {100}<100>, semiconductor-based, large-area, flexible, electronic devices
US6645885B2 (en) * 2001-09-27 2003-11-11 The National University Of Singapore Forming indium nitride (InN) and indium gallium nitride (InGaN) quantum dots grown by metal-organic-vapor-phase-epitaxy (MOCVD)
DE102005057800B4 (de) 2005-11-30 2009-02-26 Technische Universität Berlin Einzelphotonenquelle und Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb
US20080073743A1 (en) * 2006-02-17 2008-03-27 Lockheed Martin Corporation Templated growth of semiconductor nanostructures, related devices and methods
US7952109B2 (en) * 2006-07-10 2011-05-31 Alcatel-Lucent Usa Inc. Light-emitting crystal structures
US9224595B2 (en) 2008-09-01 2015-12-29 Sophia School Corporation Semiconductor optical element array and method of manufacturing the same
TW201032350A (en) 2009-02-20 2010-09-01 Univ Nat Central A manufacturing method of LED
US9196653B2 (en) * 2009-07-30 2015-11-24 3M Innovative Properties Company Pixelated LED
US8699537B2 (en) * 2009-10-29 2014-04-15 Tarun Kumar Sharma Application-oriented nitride substrates for epitaxial growth of electronic and optoelectronic device structures
US9117954B2 (en) * 2010-03-09 2015-08-25 European Nano Invest Ab High efficiency nanostructured photovoltaic device manufacturing
SE537434C2 (sv) * 2012-06-26 2015-04-28 Polar Light Technologies Ab Grupp III-nitridstruktur

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1447990A (zh) * 2000-07-18 2003-10-08 索尼株式会社 半导体发光器件及其制造工艺

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TACHIBANA KOICHI, ET AL: "Selective growth of InGaN quantum dot structures and their microphotoluminescence at room temperature", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
YUAN JIAYUE，ET AL: "Controlling polarization anisotropy of site-controlled InAs/InP (100) quantum dots", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109791963A (zh) * 2016-09-29 2019-05-21 日亚化学工业株式会社 发光元件
CN109791963B (zh) * 2016-09-29 2021-09-17 日亚化学工业株式会社 发光元件

Also Published As

Publication number Publication date
US9337389B2 (en) 2016-05-10
SE537434C2 (sv) 2015-04-28
WO2014001380A1 (en) 2014-01-03
JP6147854B2 (ja) 2017-06-14
EP2865020A1 (en) 2015-04-29
EP2865020B1 (en) 2016-08-24
SE1200384A1 (sv) 2013-12-27
JP2015529005A (ja) 2015-10-01
CN104584241B (zh) 2017-12-15
US20150144869A1 (en) 2015-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102187479B (zh) 半导体光学元件阵列及其制造方法
US9947829B2 (en) Substrate with buffer layer for oriented nanowire growth
EP3849031B1 (en) Surface emitting laser element and manufacturing method of the same
US8003192B2 (en) Nanodevice comprising a nanorod and method for manufacturing the same
CN101959789B (zh) 纳米器件、包括该纳米器件的晶体管、用于制造该纳米器件的方法,以及用于制造该晶体管的方法
Schwaiger et al. Growth and coalescence behavior of semipolar (11̄22) GaN on pre‐structured r‐plane sapphire substrates
TWI740865B (zh) 製造複合GaN奈米柱之方法及由此方法製得之發光結構
US20110175126A1 (en) Light-emitting diode structure
CN105917444A (zh) 半导体器件及制造方法
US20190027645A1 (en) Deterministic Quantum Emitter Operating At Room Temperature In Optical Communication Wavelength Using Intersubband Transition Of Nitride-Based Semiconductor Quantum Dot, Method Of Fabricating Same, And Operating Method Thereof
CN104584241B (zh) 第iii族氮化物结构
Conroy et al. Self-healing thermal annealing: surface morphological restructuring control of GaN nanorods
CN111564539A (zh) 氮化铝层叠构件以及发光器件
Tu et al. Regularly-patterned nanorod light-emitting diode arrays grown with metalorganic vapor-phase epitaxy
JP7242326B2 (ja) 窒化アルミニウム積層部材および窒化アルミニウム層
Albert et al. Advances in MBE selective area growth of III-nitride nanostructures: from nanoLEDs to pseudo substrates
JP2020132513A (ja) 窒化アルミニウム積層部材および発光デバイス
TWI849135B (zh) 晶圓、光學發射裝置、晶圓的製造方法以及表徵晶圓製造系統的方法
US10937650B1 (en) Semiconductor device having in situ formed horizontal nanowire structure
Wong et al. 1.52 μm photoluminescence from InAs quantum dots grown on patterned GaAs buffer
Sands et al. Low-Cost Substrates for High-Performance Nanorod Array LEDs

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant