第iii族氮化物结构的制作方法_2

文档序号:8270024阅读:来源:国知局
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。
[0023]在一个实施方案中,所述第三第111族氮化物与第一第111族氮化物相同。
[0024]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0.2 μ m。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0.4 μ m,例如长至少0.6 μ m,例如长至少0.8 μ m,例如长至少Ιμπι。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0.8 μπι。
[0025]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lOOnm。
[0026]在一个实施方案中,上脊部的长度(L)大于上脊部的宽度(W)。
[0027]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。
[0028]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。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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)。
[0032]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[2U0]方向,或相对于所述底层的第III族氮化物的[2U0]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[2U0]方向,或相对于所述底层的第III族氮化物的[2U0]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[2U0]方向分别以0°、60°、120°生长,其对应于平行于[2U0]、
[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。
[0033]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{2U0}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。
[0034]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。
[0035]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25 μπι,例如小于ΙΟμπι,例如约6 μ mo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。
[0036]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ΙΠ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。
[0037]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tl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tl〈t2〈t3。因此加长的棱锥的截取面积由生长时间来调整。
[0038]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。
[0039]图4示出了针对不同的E(参见图3),预计公差(T)为O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0.2μπι)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0.8μπι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 = 1.0 μm,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0.6 μm时在不同方向上观察到偏振方向的清晰狭窄的分布。
[0040]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。
[0041]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0.2 μπι。在一个实施方案中,加长
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