本實用新型涉及InN納米柱外延片，特別涉及生長在Si襯底上的InN納米柱外延片。

背景技術：

III-V族氮化物由于穩(wěn)定的物理化學性質、高的熱導率和高的電子飽和速度等優(yōu)點，廣泛應用于發(fā)光二極管(LED)、激光器和光電子器件等方面。在III-V族氮化物中，氮化銦(InN)由于其自身獨特的優(yōu)勢而越來越受到研究者的關注。在III族氮化物半導體中，InN具有最小的有效電子質量、最高的載流子遷移率和最高飽和渡越速度，對于發(fā)展高速電子器件極為有利。不僅如此，InN具有最小的直接帶隙，其禁帶寬度約為0.7eV，這就使得氮化物基發(fā)光二極管的發(fā)光范圍從紫外(6.2eV)拓寬至近紅外區(qū)域(0.7eV)，在紅外激光器、全光譜顯示及高轉換效率太陽電池等方面展示了極大的應用前景。與其他III-V族氮化物半導體材料相比，InN材料除具有上述優(yōu)點外，其納米級的材料在量子效應、界面效應、體積效應、尺寸效應等方面還表現(xiàn)出更多新穎的特性。

目前，III-V族氮化物半導體器件主要是基于藍寶石襯底上外延生長和制備。然而，藍寶石由于熱導率低，以藍寶石為襯底的大功率氮化物半導體器件產生的熱量無法有效釋放，導致熱量不斷累計使溫度上升，加速氮化物半導體器件的劣化，存在器件性能差、壽命短等缺點。相比之下，Si的熱導率比藍寶石高，且成本較低。在Si襯底上制備高性能、低成本的氮化物半導體器件是必然的發(fā)展趨勢。然而，在Si襯底上生長直徑均一、有序性高的InN納米柱是制備高性能氮化物半導體光電器件的先提條件。由于Si與InN之間的晶格失配和熱失配大；同時，在生長初期，襯底表面的In和N原子分布比例的差異，導致生長的InN納米柱會有高度、徑長不均勻、有序性差等情況。

目前多數(shù)采用在Si襯底上直接生長InN納米柱，這種生長方法所獲得的納米柱直徑不均一，也就是頂部和底部的直徑不一致，呈倒金字塔、壘球棒等形貌的納米柱。若采用In、Ni、Au等作為催化劑進行InN納米柱的生長，作為催化劑的In、Ni和Au等金屬在生長后存在于InN的頂端，在后續(xù)進行器件制作時，需要把頂端的金屬催化劑去除，增加了器件工藝的復雜性。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，通過Si襯底上的In金屬納米微球，解決了InN因與Si之間存在較大晶格失配而在其中產生大量位錯的技術難題，大大減少了InN納米柱外延層的缺陷密度，有利提高了載流子的輻射復合效率，可大幅度提高氮化物器件如半導體激光器、發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

本實用新型的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，由下至上依次包括Si襯底、In金屬納米微球層和InN納米柱層。

所述In金屬納米微球層中的In金屬納米微球的直徑為20-70nm。

所述InN納米柱層中InN納米柱直徑為40-80nm。

所述的生長在Si襯底上的InN納米柱外延片的制備方法，包括以下步驟：

(1)Si襯底清洗；

(2)沉積In金屬納米微球層：采用分子束外延生長工藝，襯底溫度控制在400-550℃，在反應室的壓力為5.0～6.0×10^-10Torr條件下，在Si襯底上沉積In薄膜，并退火，得到In金屬納米微球；

(3)InN納米柱層的生長：采用分子束外延生長工藝，襯底溫度控制在500～700℃，在反應室的壓力為4.0～10.0×10^-5Torr，V/III比值為30～40條件下，在步驟(2)得到的In金屬納米微球上生長直徑均一的InN納米柱。

步驟(2)中退火的溫度為400-550℃，退火時間為50-300秒。

步驟(1)所述襯底清洗，具體為：

將Si襯底放入體積比為1:20的HF和去離子水混合溶液中超聲1～2分鐘，去除硅襯底表面氧化物和粘污顆粒，再放入去離子水中超聲1～2分鐘，去除表面雜質，用高純干燥氮氣吹干。

所述In金屬納米微球層中的In金屬納米微球的直徑為20-70nm。

所述InN納米柱層中InN納米柱直徑為40-80nm。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)本實用新型的生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，通過Si襯底上的In金屬納米微球，解決了InN因與Si之間存在較大晶格失配而在其中產生大量位錯的技術難題，大大減少了InN納米柱外延層的缺陷密度，有利提高了載流子的輻射復合效率，可大幅度提高氮化物器件如半導體激光器、發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

(2)本實用新型的生長在Si襯底上的InN納米柱外延片，采用Si襯底，Si襯底具有容易去除的優(yōu)點，在去除Si襯底后的InN納米柱半導體外延片上制作電極，有利于制備垂直結構的氮化物半導體器件。同時Si襯底有抗輻射、熱導率高、耐高溫、化學性質較穩(wěn)定、強度較高等優(yōu)點，具有很高的可靠性，基于Si襯底的InN納米柱外延片可廣泛應用于高溫器件。

附圖說明

圖1為本實用新型的生長在Si襯底上的InN納米柱外延片的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例1

圖1為本實施例的生長在硅襯底上的InN納米柱外延片的結構示意圖，由下至上依次包括Si襯底1、In金屬納米微球層2和InN納米柱層3。

本實施例的生長在硅襯底上的InN納米柱外延片的制備方法，包括以下步驟：

(1)襯底以及其晶向的選?。翰捎闷胀⊿i襯底；

(2)襯底清洗：將Si襯底放入體積比為1:20的HF和去離子水混合溶液中超聲2分鐘，去除Si襯底表面氧化物和粘污顆粒，再放入去離子水中超聲2分鐘，去除表面雜質，用高純干燥氮氣吹干；

(3)沉積In金屬納米微球：采用分子束外延生長工藝，襯底溫度控制在400℃，在反應室的壓力為6.0×10^-10Torr條件下，在Si襯底上沉積In薄膜，并在原位退火50秒，形成直徑為30-50nm的In金屬納米微球。

(4)直徑均一InN納米柱的生長：采用分子束外延生長工藝，襯底溫度控制在600℃，在反應室的壓力為6.0×10^-5Torr，束流比V/III值為30條件下，在步驟(3)得到的In金屬納米微球的Si襯底上生長頂部和底部直徑均一、直徑分布為30-80nm的InN納米柱。

實施例2

本實施例的生長在硅襯底上的InN納米柱外延片由下至上依次包括Si襯底、In金屬納米微球層和InN納米柱層。

本實施例的生長在Si襯底上的GaN納米柱LED外延片的制備方法，包括以下步驟：

(1)襯底以及其晶向的選?。翰捎闷胀⊿i襯底；

(2)襯底清洗：將Si襯底放入體積比為1:20的HF和去離子水混合溶液中超聲2分鐘，去除硅襯底表面氧化物和粘污顆粒，再放入去離子水中超聲1分鐘，去除表面雜質，用高純干燥氮氣吹干；

(3)沉積In金屬納米微球：采用分子束外延生長工藝，襯底溫度控制在550℃，在反應室的壓力為6.0×10^-10Torr條件下，在Si襯底上沉積In薄膜，并在原位退火300秒，形成直徑為50-70nm的In金屬納米微球。

(4)直徑均一InN納米柱的生長：采用分子束外延生長工藝，襯底溫度控制在700℃，在反應室的壓力為6.0×10^-5Torr，束流比V/III值為40條件下，在步驟(3)得到的In金屬納米微球的Si襯底上生長頂部和底部直徑均一、直徑分布為30-80nm的InN納米柱。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。