深紫外发光器件中的量子点的制备方法及深紫外发光器件外延方法

1.本发明涉及半导体器件制备技术领域，具体涉及一种深紫外发光器件中的量子点的制备方法及深紫外发光器件外延方法。


背景技术：

2.由于深紫外(即波长小于280nm的紫外光)发光器件的外延结构中缺陷密度较高，导致发光器件的发光效率低。为了提高深紫外发光器件的发光效率，人们提出了在深紫外发光器件的外延结构中制备量子限制效应极强的量子点结构，以此有效抑制载流子向非辐射复合中心的运动，并增强电子-空穴波函数交叠，从而大幅提升辐射复合效率。
3.然而，目前大规模运用的金属有机化合物化学气相沉淀(metal-organic chemical vapor deposition，mocvd)技术的生长速度较快，采用现有mocvd技术很难获得生长可控的深紫外量子点等低维结构。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术难以制备深紫外发光器件中的量子点结构的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种深紫外发光器件中的量子点的制备方法。发明人在长期的研究和试验过程中，偶然发现若gan层外延生长在具有锯齿形宏台阶形貌的外延层上时，后续对该gan层进行脱附处理时，该gan层会表现出选择性脱附，即该gan层的生在在锯齿形宏台阶形貌的凹陷位置的gan成键多于该gan层的生长在其他位置的gan成键，因此，在脱附处理时，该gan层的生在在锯齿形宏台阶形貌的凹陷位置的gan相对于该gan层的生长在其他位置的gan更难脱附，因此，在经过脱附处理后，该gan层的仅锯齿形宏台阶形貌的凹陷最低点位置的gan未脱附，该未脱附的gan形成gan量子点结构；发明人还发现此种方法不适于制备algan量子点，因为algan中的aln不易脱附。
5.作为本发明的其中一种实施方式，该深紫外发光器件中的量子点的制备方法包括以下步骤：
6.s20:制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层；
7.s30:在垒层上外延生长gan层；
8.s40:对gan层进行脱附处理，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
9.由于本发明的gan层是外延生长在具有锯齿形宏台阶形貌的垒层上的，由此，在脱附处理时，该gan层的生在在锯齿形宏台阶形貌的凹陷位置的gan相对于该gan层的生长在其他位置的gan更难脱附，呈现选择性脱附的情况，因此，在经过脱附处理后，该gan层的仅锯齿形宏台阶形貌的凹陷最低点位置(也即位于锯齿形宏台阶形貌的齿底处的gan未脱附，该未脱附的gan即为所需制备的gan量子点结构。
10.在一些实施方式中，制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层实现为，包括以下
步骤：
11.s21：选取蓝宝石或sic作为衬底的材质，并将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴的倾斜结构，或将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴的倾斜结构。
12.由于蓝宝石衬底的上表面的倾斜方向为c偏m轴，sic衬底的上表面的倾斜方向为c偏a轴，使得外延生长垒层时，生长速度更快的a面消失，而生长速度较慢的m面得以保留，且保留下来的m面呈现锯齿形分布，最终，在外延生长的垒层的上表面形成锯齿形宏台阶形貌。
13.在一些实施方式中，衬底的上表面的倾斜角度的取值范围为0.5
°
～8
°
。通过提高衬底的上表面的倾斜角度，可以使垒层的上表面的锯齿形宏台阶形貌(也即锯齿形台阶)的宽度变窄，从而，在迁移能力不变的情况下，原子更容易到达势能更低的台阶边缘，并在此处形成台阶聚并形貌(台阶聚并，又称台阶聚集或step bunching，是指在平台-台阶结构的邻位面上，在生长过程中，一群一群的台阶会聚积形成大台阶和宽平台的生长模式，即台阶聚并即台阶高度为多个(两个及以上)单原子高度的台阶，又称宏台阶)，宏台阶使得gan的生长具有选择性，gan更倾向于在宏台阶的边缘生长，因此，在具有宏台阶的垒层上外延生长的gan层优先选择在垒层的宏台阶的边缘生长，长成锯齿线形的gan层；且发明人发现衬底的上表面的倾斜角度的大小存在上限，若超过该上限，易造成垒层出现表面粗糙化甚至开裂的情况。
14.在一些实施方式中，在垒层上外延生长gan层实现为：在垒层上外延生长gan层，并控制gan层的厚度范围在0.5nm～4nm。通过控制gan层的生长厚度可以使得gan优先在锯齿形台阶的边缘成核，而不在锯齿形台阶的表面成核，以形成锯齿线形的gan层，从而避免因形成的gan层的厚度太薄而不好控制脱附效果，以及避免因形成的gan层的厚度太厚而导致脱附时间太久，脱附效率太低。
15.在一些实施方式中，对所述gan层进行脱附处理，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构实现为包括：停止n源和ga源两者中的至少一者的提供。通过合适的温度和反应源的设置实现热脱附，以避免因温度过低，化学键难以断裂，而无法脱附，同时避免因温度过高，脱附太快，而不好控制脱附形成的形貌和尺寸，由此，可以使得锯齿线形的gan层脱附至剩下锯齿线形的凹陷处的gan量子点结构。
16.在一些实施方式中，对gan层进行脱附处理，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构还实现为包括：控制gan的脱附速率在0.01nm/s～0.1nm/s之间；控制gan的脱附时间t＝t/v-t0，其中，t为gan层的厚度；v为gan的脱附速率；t0的取值范围为1s～10s。由此，可以通过对gan的脱附速率的控制和通过对gan的脱附时间的控制制备得到gan量子点。
17.在一些实施方式中，在对gan层进行脱附处理的过程中，还进行si掺杂处理。由此，可以消除对gan层进行脱附处理的过程中产生的v
ga
。
18.在一些实施方式中，si掺杂处理的si掺杂浓度控制在1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
18
cm-3
。由此，可以避免因si掺杂浓度过高而导致v
ga
的浓度增加。
19.在一些实施方式中，在对gan层进行脱附处理的过程中，还通入氢气；和/或减少通入的n源的量。以加快gan的脱附速率。
20.根据本发明的另一个方面，提供了一种深紫外发光器件外延方法，其在前述的深
紫外发光器件中的量子点的制备方法的步骤之后，还包括以下步骤：
21.s50：重复操作形成gan量子点结构的重复步骤n次，重复步骤包括依次执行的步骤s201、s30和s40，其中，n≥0，且n为整数，s201：外延生长垒层，直至完全覆盖所述gan；
22.s60：外延生长algan层，直至完全覆盖gan；
23.s70：在生长温度不高于gan的生长温度的条件下，在algan层上制备p型结构。
24.由此，可以制备出具有gan量子点结构的深紫外发光器件，由于这样的深紫外发光器件具有量子限制效应极强的gan量子点结构，能够有效抑制载流子向非辐射复合中心的运动，增强电子-空穴波函数交叠，大幅提升辐射复合效率，从而大幅度提升发光器件的发光效率。
附图说明
25.图1为本发明一实施方式的深紫外发光器件中的量子点的制备方法的制备流程示意图；
26.图2为图1所示深紫外发光器件中的量子点的制备方法中的步骤s20的第一种实施例的具体制备流程示意图；
27.图3为图1所示深紫外发光器件中的量子点的制备方法中的步骤s20的第一种实施例的基础上第一种具体实施方式的制备流程示意图；
28.图4为图1所示深紫外发光器件中的量子点的制备方法中的步骤s20的第一种实施例的基础上第二种具体实施方式的制备流程示意图；
29.图5为图1所示深紫外发光器件中的量子点的制备方法中的步骤s20的第一种实施例的基础上第三种具体实施方式的制备流程示意图；
30.图6为图1所示深紫外发光器件中的量子点的制备方法中的步骤s20的第一种实施例的基础上第四种具体实施方式的制备流程示意图；
31.图7为根据图4所示步骤s20的具体制备流程示意图制备的aln层的原子力显微镜测试表面形貌图；
32.图8为根据图1所示步骤s20的具体制备流程示意图制备的垒层的俯视结构示意图；
33.图9为根据图1所示步骤s30的制备流程制备的gan层的俯视结构示意图；
34.图10为根据图1所示步骤s40的制备流程制备的gan量子点结构的俯视结构示意图；
35.图11为进行algan外延层的生长、gan层的生长和gan的脱附处理的过程中的气源控制示意图；
36.图12为本发明一实施方式的深紫外发光器件外延方法的制备流程示意图；
37.附图标记：20、垒层；21、锯齿形宏台阶形貌；30、gan层；31、gan量子点结构。
具体实施方式
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个
实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中所用的术语一般为本领域技术人员常用的术语，如果与常用术语不一致，以本文中的术语为准。
40.在本发明中，术语“量子点”是指在把激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。有时被称为"人造原子"、"超晶格"、"超原子"或"量子点原子"，是20世纪90年代提出来的一个新概念。
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.以下将结合附图1至图7对于深紫外发光器件中的量子点的制备方法进行详细说明。
43.如图1所示，在一些实施方式中，该深紫外发光器件中的量子点的制备方法包括步骤s20：制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层(如图8所示)，垒层中的锯齿形宏台阶形貌至少存在一处。具体的，锯齿形宏台阶形貌为锯齿形台阶，也就是台阶的边缘呈锯齿形，也即从垒层的上方往下看，锯齿形台阶形成的投影形状(俯视图)为锯齿形线条。当垒层的上表面上存在两个以上的锯齿形台阶，所有的锯齿形台阶的俯视图的形状可以阵列分布，也可以以无规则的方式排布(例如不同锯齿形台阶的俯视图中的锯齿形线条中的齿顶或齿底相互错开排布)；且所有的锯齿形台阶可以沿平行于algan外延层的上表面的任一方向逐步升高，也可以以先升高后降低，或者先降低后升高，或者先升高后降低再升高等不规则的升降方式进行排布；锯齿形台阶也可以非连续分布或无规律排布的，非连续分布的锯齿形台阶可以通过相互接合的方式，使得接合后的锯齿形台阶能够跨越整个上表面。示例性的，垒层可以采用氮化物，例如采用algan材料制成，即垒层可以为algan外延层，也可以采用balgan材料制备垒层。作为制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层的其中一种具体实施例，外延生长algan外延层时，若在mocvd反应室中进行，将生长温度范围控制在1000℃～1200℃，且控制algan外延层的厚度范围在3nm～15nm，例如，在1000℃的生长温度下，外延生长厚度为3nm的algan外延层；又如，在1150℃的生长温度下，外延生长厚度为12nm的algan外延层；再如，在1200℃的生长温度下，外延生长厚度为15nm的algan外延层，以保证制备得到的algan外延层的上表面仍保留锯齿形宏台阶形貌；若在mbe反应室中进行，将生长温度范围控制在700℃～1000℃。
44.作为步骤s20的其中一种具体实施例，如图2所示，步骤s20具体实现时包括步骤s21：选取蓝宝石或sic作为衬底的材质，并将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴的倾斜结构，或将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴的倾斜结构。即当采用蓝宝石作为衬底的材质时，需要将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴的倾斜结构；当采用sic作为衬底的材质时，需要将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴的倾斜结构。作为该具体实施例的其中一种进一步实施例，如图3所示，步骤s20具体实现时除了包括
步骤s21，还包括步骤s22：在衬底上外延生长垒层，并保证垒层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌。作为该具体实施例的另一种进一步实施例，如图4所示，步骤s20具体实现时除了包括步骤s21，还包括步骤s22`：在衬底上外延生长缓冲层，并保证缓冲层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌。和包括步骤s23`：在缓冲层上外延生长垒层，并保证垒层的上表面均具有锯齿形宏台阶形貌。其中，缓冲层可以采用氮化物，例如采用aln材料制成(制得的aln层的表面形貌如图7所示)，也可以采用baln材料制备缓冲层。作为该具体实施例的又一种进一步实施例，如图5所示，步骤s20具体实现时除了包括步骤s21，还包括步骤s22``：在衬底上外延生长缓冲层。和包括步骤s23``：在缓冲层上外延生n型层，并保证n型层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌。以及包括步骤s24``：在n型层上外延生长垒层，并保证垒层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌。其中，n型层可以采用氮化物，例如采用algan材料制成，即n型层为n-algan层，也可以采用balgan材料制备n型层，当在n-algan层上外延生长algan外延层时，且在mocvd反应室中进行时，控制生长温度的取值范围在1000℃～1200℃，当在mbe反应室中进行时，控制生长温度的取值范围在700℃～1000℃，以避免温度过高导致ga原子难以并入材料中，导致algan的组分难以控制，同时，避免温度过低导致原子表面迁移能力弱，使得到的材料晶体出现质量差的问题，通过先在衬底上外延生长aln层和n-algan层，可以通过改变衬底的上表面的形貌的方式，使得aln层和n-algan层在外延生长时，就能在其上表面形成锯齿形宏台阶形貌，进而使得外延生长的algan外延层能够较快形成锯齿形宏台阶形貌，从而提高制备效率。作为该具体实施例的再一种进一步实施例，如图6所示，步骤s20具体实现时除了包括步骤s21，还包括步骤s22```：在衬底上外延生长n型层。和包括步骤s23```：在n型层上外延生长垒层，并保证垒层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌。在其他进一步实施例中，步骤s20具体实现时除了包括步骤s21，还包括在制备垒层之前先在衬底上外延生长至少一层过渡层，且需要保证至少最后一层过渡层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌；然后，在最后一层过渡层上外延生长垒层，并保证垒层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌。示例性的，外延生长可以采用气相外延生长(vpe)、液相外延生长(lpe)、分子束外延生长(mbe)等常用的技术；其中，更为具体的，气相外延生长又可以采用卤化物法、氢化物法、movpe等常用的技术。
45.由于将衬底的上表面设置成倾斜的，且蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴的倾斜结构，或将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴的倾斜结构，使得在上表面倾斜的衬底上进行外延生长时，生长速度更快的a面消失，而生长速度较慢的m面得以保留，且保留下来的m面呈现锯齿形分布，最终，能够在外延生长层的上表面形成锯齿形宏台阶形貌，从而使外延生长的垒层的上表面能够具有锯齿形宏台阶形貌(通过调整生长工艺)，当还生长有缓冲层和/或n型层时，也能够保证与垒层相邻的缓冲层或n型层的上表面具有锯齿形宏台阶形貌；而且，发明人在研究和试验的过程中还发现，若衬底的上表面呈其他方式倾斜，不一定能保证在其上外延生长的层的上表面形成锯齿形宏台阶形貌，例如，当蓝宝石衬底的上表面的倾斜方向为c偏a轴时，即使在该倾斜的衬底上进行外延生长，且即使生长速度更快的a面消失，而生长速度较慢的m面得以保留，但是保留下来的m面呈现直线形分布，最终，导致外延生长在该衬底上的层的上表面无法形成锯齿形宏台阶形貌。在研发和试验过程中，发明人还发现通过提高衬底的上表面的倾斜角度，可以使外延生长在衬底上的层的上表面的锯齿形宏台阶形貌的宽度变窄，从而，在迁移能力不变的情况下，原子更
容易到达势能更低的台阶边缘，并在此处形成台阶聚并形貌，即形成宏台阶，宏台阶使得gan的生长具有选择性，gan更倾向于在宏台阶的边缘生长，因此，在具有宏台阶的垒层上外延生长的gan层优先选择在垒层的宏台阶的边缘生长，最终长成锯齿形的gan层；且发明人还发现衬底的上表面的倾斜角度的大小存在上限，若超过该上限，易造成外延生长在衬底上的、上表面具有锯齿形宏台阶形貌的层出现表面粗糙化甚至开裂的情况，由此，发明人将衬底的上表面的倾斜角度的取值范围优选为0.5
°
～8
°
，例如，0.5
°
、0.8
°
、1
°
、3
°
、4
°
、5
°
、7
°
、8
°
等。优选的，当外延生长有aln层时，且在mocvd反应室中进行时，将aln层的生长温度范围控制在1100℃～1300℃，当在mbe反应室中进行时，将aln层的生长温度范围控制在800℃～1000℃；和/或当在mocvd反应室中外延生长有n-algan层时，将n-algan层的生长温度范围控制在1050℃～1200℃，当在mbe反应室中外延生长有n-algan层时，将n-algan层的生长温度范围控制在700℃～1000℃以通过使其接近平衡态生长条件的方式，便于在其上表面形成锯齿形宏台阶形貌。
46.在一些实施方式中，如图1所示，该深紫外发光器件中的量子点的制备方法还包括步骤s30:在垒层上外延生长gan层，制得的锯齿线形的gan外延层的俯视图如图9所示。作为在垒层上外延生长gan层的其中一种具体实施例，在垒层上外延生长gan层时，且在mocvd反应室中进行时，将生长温度范围控制在1000℃～1200℃，且控制gan外延层的厚度范围在0.5nm～4nm，例如，在1000℃的生长温度下，在垒层上外延生长厚度为0.5nm的gan外延层，又如，在1050℃的生长温度下，在垒层上外延生长厚度为1.5nm的gan外延层，再如，在1200℃的生长温度下，在垒层上外延生长厚度为4nm的gan外延层，以使得gan优先在锯齿形台阶的边缘成核，而不在锯齿形台阶的表面成核，以形成锯齿线形的gan层；当在mbe反应室中进行时，将生长温度范围控制在700℃～900℃。
47.在一些实施方式中，如图1所示，该深紫外发光器件中的量子点的制备方法还包括步骤s40:对gan层进行脱附处理，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构，制得的gan量子点结构的俯视图如图10所示。作为对gan层进行脱附处理的其中一种具体实施例，保持与gan层生长温度相同的温度，停止n源和ga源两者中的至少一者的提供(例如，保持n源的提供，并停止ga源的提供；又如，保持ga源的提供，并停止n源的提供；再如，同时停止n源和ga源的提供；发明人在试验过程中发现，保持n源的提供，停止ga源的提供能够较好地控制脱附速率，这是因为保持n源的提供，能够避免脱附速度太快的现象出现，优选的，在停止ga源通入的同时，减少n源通入的量，减弱gan分解抑制效应，能够在控制脱附速率的同时，稍微提高脱附速率)，同时控制gan的脱附速率在0.01nm/s～0.1nm/s之间，控制gan的脱附时间t＝t/v-t0，其中，t为gan层的厚度；v为gan的脱附速率；t0的取值范围为1s～10s，例如，在700℃的温度下，控制gan的脱附速率为0.01nm/s，脱附时间t＝t/v-t0，t0＝10s；在1000℃的温度下，控制gan的脱附速率为0.01nm/s，脱附时间t＝t/v-t0，t0＝10s；又如，在1100℃的温度下，控制gan的脱附速率为0.05nm/s，脱附时间t＝t/v-t0，t0＝5s；再如，在1200℃的温度下，控制gan的脱附速率为0.1nm/s，脱附时间t＝t/v-t0，t0＝1s；还可以通过增加氢气含量的方式增加刻蚀速率，以提高gan的脱附速率；也可以通过降低反应室的气体压力的方式提高gan的脱附速率。在一些具体实施例中，对于algan外延层的生长、gan层的生长和gan的脱附处理的过程控制通过气源控制，具体涉及的气源有al源、ga源和n源，al源例如可以采用常用的三甲基铝(tmal)，也可以采用现有技术中其他常用的al源；ga源可以
采用常用的三甲基镓(tmga)，也可以采用现有技术中其他常用的ga源，如三乙基镓(tega)，生长过程中也可以混用；n源例如可以采用常用的氨气(nh3)，也可以采用现有技术中其他常用的n源。在algan外延层的生长过程中，保持al源、ga源和n源的提供；当生长gan层时保持ga源和n源的提供，同时，停止al源的提供；当进行gan的脱附处理时，仅保持n源的提供，停止al源和ga源的提供(如图11所示)。
48.进一步的，发明人在研究和试验的过程中还发现，在对gan层进行脱附处理的过程中，非常容易产生v
ga
(即ga空位)，而v
ga
以及v
ga
与其他杂质组成的复合物是长波长发光带(蓝光带、黄光带、绿光带等)的典型来源，因此，必须要抑制v
ga
的产生或对已经产生的v
ga
进行修复。发明人通过研究发现，si非常容易占据v
ga
，形成si替ga位(si
ga
)来消除ga空位，因此，发明人想到在对gan层进行脱附处理的过程中，还进行si掺杂处理。更进一步的，发明人还发现，若si掺杂的浓度过高，会导致因si
ga
电离后产生电子使费米能级升高，进而降低v
ga
的形成能，最终导致v
ga
的浓度增加，因此，发明人进一步地将si掺杂处理的si掺杂浓度控制在1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
18
cm-3
，例如将si掺杂浓度控制为1
×
10
16
cm-3
、1
×
10
17
cm-3
、1
×
10
18
cm-3
。在一些具体实施例中，si掺杂处理过程也可以通过对si源的控制进行，si源例如可以采用常用的sih4，具体的，在进行gan脱附处理时通入si源，在进行algan外延层的生长和gan层的生长时可以停止提供si源(如图11所示)，也可以提供si源，并且掺杂浓度可以大范围调节。
49.以下将结合具体实施例对本发明的深紫外发光器件中的量子点的制备方法进行示例性说明。
50.实施例1
51.第一步，选取蓝宝石作为衬底，将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴，倾斜角度0.5
°
。
52.第二步，将蓝宝石衬底放入mocvd反应室中，升温到生长温度后，向mocvd反应室中通入tmal和nh3，以在蓝宝石衬底的(0001)面上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的aln层。
53.第三步，在保持mocvd反应室中tmal和nh3的通入的情况下，向mocvd反应室中通入tmga，以在aln层上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的n-algan层。
54.第四步，将生长温度控制在1000℃，同时保持mocvd反应室中tmal、nh3和tmga的通入，以在n-algan层上外延生长厚度为3nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
55.第五步，保持1000℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tmga的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为0.5nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
56.第六步，保持gan层的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3的通入，并停止tmga的通入，且在mocvd反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.01nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构(也可以通过控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝10s)。
57.实施例2
58.第一步，选取蓝宝石作为衬底，将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴，倾斜角度4
°
。
59.第二步，将蓝宝石衬底放入mocvd反应室中，升温到生长温度后，向mocvd反应室中
通入tmal、nh3和tmga，以在蓝宝石衬底的(0001)面上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的n-algan层。
60.第三步，将生长温度控制在1100℃，同时保持mocvd反应室中tmal、nh3和tmga的通入，以在n-algan层上外延生长厚度为9nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
61.第四步，保持1100℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为2nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
62.第五步，保持gan层的生长温度，同时保持mocvd反应室中tega的通入，并停止nh3的通入，且在mocvd反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.05nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构(也可以通过控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝5s)。
63.实施例3
64.第一步，选取蓝宝石作为衬底，将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴，倾斜角度8
°
。
65.第二步，将蓝宝石衬底放入mocvd反应室中，升温到生长温度后，向mocvd反应室中通入tmal、nh3和tega，以在蓝宝石衬底的(0001)面上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的、厚度为15nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
66.第三步，保持1200℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为4nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
67.第四步，保持gan层的生长温度，并停止tega和nh3的通入，且在mocvd反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.1nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
18
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构(也可以通过控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝1s)。
68.实施例4
69.第一步，选取sic作为衬底，将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴，倾斜角度0.5
°
。
70.第二步，将sic衬底放入mocvd反应室中，升温到生长温度后，向mocvd反应室中通入tmal和nh3，以在sic衬底的(0001)面上外延生长aln层。
71.第三步，在保持mocvd反应室中tmal和nh3的通入的情况下，向mocvd反应室中通入tmga，以在aln层上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的n-algan层。
72.第四步，将生长温度控制在1000℃，同时保持mocvd反应室中tmal、nh3和tmga的通入，以在n-algan层上外延生长厚度为3nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
73.第五步，保持1000℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tmga的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为0.5nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
74.第六步，保持gan层的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3的通入，通入氢气，并停止tmga的通入，控制gan脱附速率为0.1nm/s，控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝1s，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
75.实施例5
76.第一步，选取蓝宝石作为衬底，将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴，倾斜角度0.5
°
。
77.第二步，将蓝宝石衬底放入mbe反应室中，升温到生长温度后(800℃)，向mbe反应室通入al单质和n plasma(等离子)，以在蓝宝石衬底的(0001)面上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的aln层。
78.第三步，在保持mbe反应室中al单质和n plasma的通入的情况下，将生长温度控制在900℃，向mbe反应室中通入ga单质，以在aln层上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的n-algan层。
79.第四步，将生长温度控制在900℃，同时保持mbe反应室中al单质、n plasma和ga单质的通入，以在n-algan层上外延生长厚度为3nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
80.第五步，保持900℃的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma和ga单质的通入，并停止al单质的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为0.5nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
81.第六步，保持gan层的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma的通入，并停止ga单质的通入，且在mbe反应室中通入si单质，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.01nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构(也可以通过控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝10s)。
82.实施例6
83.第一步，选取蓝宝石作为衬底，将蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴，倾斜角度4
°
。
84.第二步，将蓝宝石衬底放入mbe反应室中，升温到生长温度后，向mbe反应室中通入al单质、n plasma和ga单质，以在蓝宝石衬底的(0001)面上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的n-algan层。
85.第三步，将生长温度控制在700℃，同时保持mbe反应室中al单质、n plasma和ga单质的通入，以在n-algan层上外延生长厚度为9nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
86.第四步，保持700℃的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma和ga单质的通入，并停止al单质的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为2nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
87.第五步，保持gan层的生长温度，同时保持mbe反应室中ga单质的通入，并停止n plasma的通入，且在mbe反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.05nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构(也可以通过控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝5s)。
88.实施例7
89.第一步，选取sic作为衬底，将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴，倾斜角度8
°
。
90.第二步，将sic衬底放入mbe反应室中，升温到生长温度后(1000℃)，向mbe反应室中通入al单质和n plasma，以在sic衬底的(0001)面上外延生长aln层。
91.第三步，保持1000℃的生长温度，在保持mbe反应室中al单质和nplasma通入的情
况下，通入ga单质，以在aln层上外延生长具有锯齿形宏台阶形貌的n-algan层。
92.第四步，将生长温度控制在900℃，同时保持mbe反应室中al单质、n plasma和ga单质的通入，以在n-algan层上外延生长厚度为3nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
93.第五步，保持900℃的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma和ga单质的通入，并停止al单质的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为0.5nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
94.第六步，保持gan层的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma的通入，并停止ga单质的通入，且在mbe反应室中通入si单质，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.01nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构(也可以通过控制脱附时间t＝t/v-t0，t0＝10s)。以下将结合附图12对于深紫外发光器件外延方法进行详细说明。
95.如图12所示，在一些实施方式中，该深紫外发光器件外延方法在前述的深紫外发光器件中的量子点的制备方法的基础上进行操作，即在执行了前述深紫外发光器件中的量子点的制备方法的步骤之后，还包括步骤s50：重复操作形成gan量子点结构的重复步骤n次，重复步骤包括依次执行的步骤s20、s30和s40，其中，n≥0，且n为整数。
96.在一些具体实施例中，如图12所示，该深紫外发光器件外延方法包括依次执行以下步骤：
97.s20：制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层。
98.s30:在垒层上外延生长gan层。
99.s40:对gan层进行脱附处理，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
100.s50：重复操作形成gan量子点结构的重复步骤n次，重复步骤包括依次执行的步骤s201、s30和s40，其中，n≥0，且n为整数，s201：外延生长垒层，直至完全覆盖所述gan。
101.在一些实施方式中，如图12所示，该深紫外发光器件外延方法在步骤s50之后，还包括步骤s60：外延生长algan层，直至完全覆盖gan。作为外延生长algan层的其中一种具体实施例，在外延生长algan层时，且在mocvd反应室中进行时，将生长温度范围控制在1000℃～1200℃，且控制algan层的厚度范围在5nm～20nm，具体的，控制algan层的生长温度不高于gan层的生长温度，以避免破坏形成的gan量子点，而且，将algan层的厚度范围控制在5nm～20nm可以起到对gan量子点的保护作用。例如，在1000℃的生长温度下，外延生长厚度为5nm的algan层，又如，在1150℃的生长温度下，外延生长厚度为12nm的algan层，再如，在1200℃的生长温度下，外延生长厚度为20nm的algan层。优选的，控制algan层的厚度大于垒层的厚度，以对gan量子点起到更好的保护作用；在mbe反应室中进行时，将生长温度范围控制在700℃～1000℃。
102.在一些实施方式中，如图12所示，该深紫外发光器件外延方法还包括步骤s70：在生长温度不高于gan的生长温度的条件下，在algan层上制备p型结构。作为p型结构的其中一种具体实施例，p型结构的制备温度低于1000℃，例如950℃。
103.以下将结合具体实施例对本发明的深紫外发光器件外延方法进行示例性说明。
104.实施例8
105.该实施例在实施例1的基础上进行，还包括：
106.第七步，将生长温度控制在1000℃，同时保持mocvd反应室中nh3和tmga的通入，并在mocvd反应室中通入tmal，以外延生长厚度为3nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
107.第八步，保持1000℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为0.5nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
108.第九步，保持gan层的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3的通入，并停止tmga的通入，且在mocvd反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.01nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
109.第十步，重复执行第七步至第九步1次。
110.第十一步，将生长温度控制在1000℃，同时保持mocvd反应室中nh3和tmga的通入，并在mocvd反应室中通入tmal，以外延生长厚度为5nm的algan层，以完全覆盖gan。
111.第十二步，将生长温度控制在950℃，制备p型结构。
112.实施例9
113.该实施例在实施例2的基础上进行，还包括：
114.第七步，将生长温度控制在1100℃，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并在mocvd反应室中通入tmal，以外延生长厚度为9nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
115.第八步，保持1100℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为2nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
116.第九步，保持gan层的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3的通入，并停止tega的通入，且在mocvd反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.05nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
17
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
117.第十步，重复执行第七步至第九步5次。
118.第十一步，将生长温度控制在1100℃，同时保持mocvd反应室中nh3和tmga的通入，并在mocvd反应室中通入tmal，以外延生长厚度为12nm的algan层，以完全覆盖gan。
119.第十二步，将生长温度控制在960℃，制备p型结构。
120.实施例10
121.该实施例在实施例3的基础上进行，还包括：
122.第七步，将生长温度控制在1200℃，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并在mocvd反应室中通入tmal，以外延生长厚度为15nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
123.第八步，保持1200℃的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并停止tmal的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为4nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
124.第九步，保持gan层的生长温度，同时保持mocvd反应室中nh3的通入，并停止tega
的通入，且在mocvd反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.1nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
18
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
125.第十步，重复执行第七步至第九步8次。
126.第十一步，将生长温度控制在1200℃，同时保持mocvd反应室中nh3和tega的通入，并在mocvd反应室中通入tmal，以外延生长厚度为20nm的algan层，以完全覆盖gan。
127.第十二步，将生长温度控制在980℃，制备p型结构。
128.实施例11
129.该实施例在实施例6的基础上进行，还包括：
130.第七步，将生长温度控制在700℃，同时保持mbe反应室中n plasma和ga单质的通入，并在mbe反应室中通入al单质，以外延生长厚度为9nm且具有锯齿形宏台阶形貌的algan外延层。
131.第八步，保持700℃的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma和ga单质的通入，并停止al单质的通入，以在algan外延层上外延生长厚度为2nm、沿algan外延层的锯齿形宏台阶形貌的边沿生长的、具有锯齿线形的gan层。
132.第九步，保持gan层的生长温度，同时保持mbe反应室中n plasma的通入，并停止ga单质的通入，且在mbe反应室中通入sih4，以对gan层进行脱附处理的过程中进行si掺杂处理，并控制gan脱附速率为0.01nm/s，控制si掺杂浓度为1
×
10
16
cm-3
，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。
133.第十步，重复执行第七步至第九步1次。
134.第十一步，将生长温度控制在700℃，同时保持mbe反应室中n plasma和ga单质的通入，并在mbe反应室中通入al单质，以外延生长厚度为15nm的algan层，以完全覆盖gan。
135.第十二步，将生长温度控制在700℃，制备p型结构。
136.以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.深紫外发光器件中的量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s20:制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层；s30:在所述垒层上外延生长gan层；s40:对所述gan层进行脱附处理，直至在所述锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层实现为，包括以下步骤：s21：选取蓝宝石或sic作为衬底的材质，并将所述蓝宝石衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏m轴的倾斜结构，或将sic衬底的上表面设置成倾斜方向为c偏a轴的倾斜结构。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的上表面的倾斜角度的取值范围为0.5
°
～8
°
。4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，在所述垒层上外延生长gan层实现为：在所述垒层上外延生长gan层，并控制所述gan层的厚度范围在0.5nm～4nm。5.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述对所述gan层进行脱附处理，直至在所述锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构实现为包括：停止n源和ga源两者中的至少一者的提供。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述对所述gan层进行脱附处理，直至在所述锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成gan量子点结构还实现为包括：控制gan的脱附速率在0.01nm/s～0.1nm/s之间；控制gan的脱附时间t＝t/v-t0，其中，t为gan层的厚度；v为gan的脱附速率；t0的取值范围为1s～10s。7.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，在对所述gan层进行脱附处理的过程中，还进行si掺杂处理。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述si掺杂处理的si掺杂浓度控制在1
×
10
16
cm-3
～1
×
10
18
cm-3
。9.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，在对所述gan层进行脱附处理的过程中，还通入氢气；和/或减少通入的n源的量。10.深紫外发光器件外延方法，其特征在于，在权利要求2至9任一项所述的深紫外发光器件中的量子点的制备方法的步骤之后，还包括以下步骤：s50：重复操作形成gan量子点结构的重复步骤n次，所述重复步骤包括依次执行的步骤s201、s30和s40，其中，n≥0，且n为整数，s201：外延生长垒层，直至完全覆盖所述gan；s60：外延生长algan层，直至完全覆盖所述gan；s70：在生长温度不高于所述gan的生长温度的条件下，在所述algan层上制备p型结构。

技术总结
本发明公开一种深紫外发光器件中的量子点的制备方法及深紫外发光器件外延方法，其中，深紫外发光器件中的量子点的制备方法包括以下步骤：S20:制备上表面具有锯齿形宏台阶形貌的垒层；S30:在垒层上外延生长GaN层；S40:对GaN层进行脱附处理，直至在锯齿形宏台阶形貌的凹陷处形成GaN量子点结构。由于本发明的GaN层是外延生长在具有锯齿形宏台阶形貌的垒层上的，由此，在脱附处理时，该GaN层的生在在锯齿形宏台阶形貌的凹陷位置的GaN相对于该GaN层的生长在其他位置的GaN更难脱附，呈现选择性脱附的情况，因此，在经过脱附处理后，该GaN层的仅锯齿形宏台阶形貌的凹陷最低点位置的GaN未脱附，该未脱附的GaN即为所需制备的GaN量子点结构。量子点结构。量子点结构。


技术研发人员：何晨光 吴华龙 张康 刘云洲 廖乾光 贺龙飞 赵维 陈志涛
受保护的技术使用者：广东省科学院半导体研究所
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/14