第iii族氮化物结构的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]某些应用，如液晶显示器(IXD)，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。
[0003]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)。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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】
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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】
[0016]图1以顶视图和透视图示出了六棱锥。
[0017]图2示出了根据棱锥的生长时间的不同的脊部尺寸。
[0018]图3示出了掩膜内的加长的孔和相应六棱锥。
[0019]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。
[0020]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】
[0021]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。
[0022]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