本發(fā)明專利涉及一種GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器及其制備方法，屬于微納光電子與激光器件應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

III族氮化物半導(dǎo)體具有連續(xù)可調(diào)的寬能隙，在藍綠以及紫外光電子器件中具有相當?shù)膬?yōu)勢。為了提高發(fā)光器件的效率和拓展器件的功能，研究者大量的采用低維量子結(jié)構(gòu)，包括量子阱，量子線(納米線)、納米點等結(jié)構(gòu)，同時使得器件能夠在力學(xué)、生化、電磁以及光電子等多方面展示優(yōu)異性能。一維納米線(柱)量子結(jié)構(gòu)因其具有良好的光學(xué)限制效應(yīng)，形成光學(xué)微腔，根據(jù)費米黃金定則原理可加快輻射復(fù)合速率。具有納米尺度的一維InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)相較于平面量子阱結(jié)構(gòu)而言，由于異質(zhì)外延導(dǎo)致的失配應(yīng)力能夠很大程度得以釋放，可以生長獲得晶體質(zhì)量更好的量子阱結(jié)構(gòu)；同時應(yīng)力的釋放，還能削減壓電極化效應(yīng)，壓制/消除減量子限制斯塔克斯效應(yīng)。另外，納米線(柱)由于幾何結(jié)構(gòu)上的各向異性，一維納米柱器件可以產(chǎn)生高線性偏振度的發(fā)光。目前，基于一維納米線的發(fā)光二極管(LED)，激光器(LD)，太陽能電池，探測器等器件研制和發(fā)明，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界相當?shù)闹匾暋?/p>

目前，大部分III-V族半導(dǎo)體激光器主要基于法布里-珀羅(Fabry–Pérot)光腔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是依靠兩個高反射的光反射腔面，實現(xiàn)對光的增益而產(chǎn)生激光，因此，光腔的尺寸受限于激光的衍射波長，通常是波長λ/2。近年涌現(xiàn)出一種新型的表面等離激元納米激光器，基于表面等離激元放大實現(xiàn)的受激輻射，它具有超低的激射閾值，超小的光模式體積優(yōu)勢，有望作為新一代微納級激光器應(yīng)用于硅基集成電路與光電子器件的光電互聯(lián)。2009年，美國加州大學(xué)伯克利分校的研究者率先成功制備出基于硫化鎘(CdS)納米線的SPASER激光器，在10K極低溫度下觀察到藍綠光激射現(xiàn)象。中國臺灣清華大學(xué)研究者采用分子束外延(MBE)生長出InGaN/GaN核殼結(jié)構(gòu)納米線，制備出的氮化鎵基SPASER激光器能夠在液氮溫度77K工作。但是如果實現(xiàn)大面積、高質(zhì)量的一維InGaN/GaN納米線陣列，并制備金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體(MUTOS)復(fù)合結(jié)構(gòu)一直是個難題，目前在中國尚無相關(guān)發(fā)明專利可查詢和借鑒。中國專利ZL201310256681.3公開了一種利用紫外軟納米壓印技術(shù)(UV-NIL)大面積制備高質(zhì)量InGaN/GaN有序納米柱陣列的方法。本發(fā)明在上述專利基礎(chǔ)之上，采用PMMA和紫外固化膠雙層膠技術(shù)紫外軟壓印制備大面積、低缺陷的InGaN/GaN納米柱，從而實現(xiàn)陣列有序且具有均勻直徑長度的氮化鎵納米陣列，可用于制備MUTOS復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于InGaN/GaN納米柱的GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器，由基片和InGaN/GaN量子阱納米柱組成，基片結(jié)構(gòu)自下至上依次包括：

一SiO₂-Si襯底；

一蒸鍍在SiO₂-Si襯底上的金屬層；

一生長在金屬層上的超薄氧化物層；

所述InGaN/GaN量子阱納米柱放置于超薄氧化物層表面，其結(jié)構(gòu)自下至上依次包括：

一藍寶石襯底層；

一生長在襯底層上的n型GaN層；

一生長在n型GaN層上的In_xGa_1-xN/GaN量子阱有源層；

一生長在In_xGa_1-xN/GaN量子阱有源層上的p型AlGaN阻擋層和p型GaN層。

進一步的，所述x范圍：0.12≤x≤0.35，量子阱有源層發(fā)光波長在430nm至530nm，量子阱的周期數(shù)10～15個，p型AlGaN阻擋層和p型GaN層的總厚度為300～500nm。

進一步的，所述InGaN/GaN量子阱納米柱為圓柱、橢圓柱或方柱，最大直徑為100～400nm，高度為2.2～2.8μm。

進一步的，所述超薄氧化物為SiO₂、Al₂O₃或者HfO₂，超薄氧化物層厚度為6～12nm，表面粗糙度<0.1nm。

進一步的，所述金屬層的金屬從Ag、Au或Al中選擇，厚度為23～28nm，表面粗糙度<0.1nm。

進一步的，所述SiO₂-Si襯底由硅片和SiO₂層組成，所述SiO₂層厚度為200～400nm。

本發(fā)明還提供了上述GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器的制備方法，其步驟包括：

(1)在InGaN/GaN量子阱外延片上生長一層絕緣層，將PMMA膠和紫外固化膠依次旋涂在絕緣層表面；

(2)采用紫外軟納米壓印技術(shù)，使用軟模板在紫外固化膠層上形成大面積的有序納米柱陣列；

(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，通入CHF₃和O₂的混合氣體刻蝕紫外固化膠層的殘余部分，然后以紫外固化膠為掩膜，利用RIE技術(shù)，通入O₂對PMMA層進行刻蝕，將納米柱陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至PMMA層，露出絕緣層；

(4)采用電子束蒸發(fā)臺在InGaN/GaN量子阱外延片表面蒸鍍金屬膜，將鍍有金屬膜的外延片置于丙酮溶液浸泡，外加超聲剝離，PMMA層剝離得到刻印在p型GaN層表面的大面積有序金屬納米柱陣列；

(5)采用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，通入Cl₂和Ar的混合氣體，各向異性刻蝕p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層、n型GaN層，形成貫穿p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層，深至n型GaN層的納米柱陣列，將樣品放置在無機酸或無機堿溶液中水浴去除刻蝕損傷，然后去除殘余的絕緣層；

(6)在硅片之上，采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法沉積SiO₂層，形成SiO₂-Si襯底；

(7)采用電子束蒸發(fā)金屬，在SiO₂層表面沉積金屬層，沉積速率<3nm/min；

(8)采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法或原子層沉積法在金屬層表面生長超薄氧化物層，生長速率<1nm/min；

(9)將步驟(5)獲得的納米柱陣列置于有機溶液中，利用超聲震蕩進行機械分離和分散獲得InGaN/GaN量子阱納米柱懸濁液，然后將懸濁液滴加在步驟(8)所制備的基片上，最后將基片上的溶劑通過烘烤蒸干，使納米柱分散的分布在基片之上。

進一步的，所述絕緣層為SiO₂層或者SiC層。

進一步的，所述有機溶液選擇高揮發(fā)性的有機溶劑，最常見的選擇為乙醇或者乙二醇。

本發(fā)明利用了紫外軟納米壓印、從上至下刻蝕加工、納米柱陣列轉(zhuǎn)移多項微納加工技術(shù)的工藝，獲得陣列有序且具有均勻直徑長度的氮化鎵納米柱陣列，最終實現(xiàn)能夠在室溫下工作的氮化鎵基藍綠光激光器。制得的納米柱可以為圓柱，橢圓柱，方柱等多種形狀，在MUTOS制備過程中改變橢圓柱長短軸或方柱長短邊與超薄氧化層界面的平行或垂直關(guān)系，可實現(xiàn)調(diào)控單?；蚨嗄＜す狻Ｔ摷す馄鹘Y(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：(1)具有很小的光模體積，能夠突破光的衍射極限，實現(xiàn)亞微米尺寸激光器；(2)具有極低的激射閾值，MUTOS激光結(jié)構(gòu)能夠在0.15kW/cm²的光泵下產(chǎn)生激射；(3)能夠?qū)す獾哪Ｊ竭M行調(diào)控，實現(xiàn)單模和多模激光發(fā)射。本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)在超高分辨智能顯示，復(fù)雜生物成像，硅基集成電路與光電子器件光電互聯(lián)方面都有潛在應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為實施例1中步驟(1)得到的InGaN/GaN量子阱外延片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實施例1中步驟(5)得到的InGaN/GaN量子阱納米圓柱陣列示意圖。

圖3為實施例1中步驟(5)得到的InGaN/GaN量子阱納米圓柱陣列的表面掃描電子顯微鏡(SEM)照片。

圖4為實施例1中步驟(6)得到的二氧化硅-硅襯底結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為實施例1中步驟(7)得到的MUTOS復(fù)合結(jié)構(gòu)中金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為實施例1中步驟(8)得到的MUTOS復(fù)合結(jié)構(gòu)中超薄氧化層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為實施例1中步驟(9)得到的InGaN/GaN量子阱納米柱的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為實施例1中步驟(9)在轉(zhuǎn)移InGaN/GaN量子阱納米柱后，形成MUTOS復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖9為實施例2中步驟(5)得到的有序InGaN/GaN多量子阱納米橢圓柱陣列的SEM照片。

圖10為實施例2中步驟(10)形成的當橢圓納米柱的長軸與超薄氧化層/金屬層界面平行時，MUTOS的復(fù)合結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖11為實施例2中步驟(10)形成的當橢圓納米柱的長軸與超薄氧化層/金屬層界面平行時，MUTOS結(jié)構(gòu)的表面SEM圖片。

圖12為實施例2中步驟(10)形成的當橢圓納米柱的長軸與超薄氧化層/金屬層界面平行時，實現(xiàn)室溫下單模激光發(fā)射的光譜。

圖13為實施例3中步驟(10)形成的當橢圓納米柱的短軸與超薄氧化層/金屬層界面平行時，MUTOS的示意圖。

圖14為實施例3中步驟(10)形成的當橢圓納米柱的短軸與超薄氧化層/金屬層界面平行時，MUTOS結(jié)構(gòu)的表面SEM圖片。

圖15為實施例3中步驟(10)形成的當橢圓納米柱的短軸與超薄氧化層/金屬層界面平行時，實現(xiàn)室溫下多模激光發(fā)射的光譜。

其中1：n型GaN層、2：In_xGa_1-xN/GaN量子阱有源層、3：p型AlGaN阻擋層和p型GaN層、4：硅片、5：SiO₂層、6：金屬層、7：超薄氧化物層、8、InGaN/GaN量子阱納米柱。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步說明。

具體實施方式

實施例1

本GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器的制備方法，其步驟包括：

(1)在InGaN/GaN量子阱外延片上生長一層SiO₂絕緣層，將PMMA膠和紫外固化膠依次旋涂在絕緣層表面，PMMA膠厚度為200nm，紫外固化膠厚度為30nm，InGaN/GaN量子阱外延片其結(jié)構(gòu)自下至上依次包括：一藍寶石襯底層，一生長在襯底層上的n型GaN層1，一生長在n型GaN層上的In_xGa_1-xN/GaN量子阱有源層2，一生長在In_xGa_1-xN/GaN 量子阱有源層上的p型AlGaN阻擋層和p型GaN層3，其中x＝0.23，量子阱有源層發(fā)光波長在490nm，量子阱的周期數(shù)10個，p型AlGaN阻擋層和p型GaN層的總厚度為300nm；

(2)采用紫外軟納米壓印技術(shù)，使用軟模板在紫外固化膠層上形成大面積的有序納米圓柱陣列，納米圓柱的直徑為350nm，周期為600nm，按六方對稱排列；

(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，通入CHF₃和O₂的混合氣體刻蝕紫外固化膠層的殘余部分，然后以紫外固化膠為掩膜，利用RIE技術(shù)，通入O₂對PMMA層進行刻蝕，將納米柱陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至PMMA層，露出絕緣層；

(4)采用電子束蒸發(fā)臺在InGaN/GaN量子阱外延片表面蒸鍍Ni金屬膜，厚度為10nm，將鍍有金屬膜的外延片置于丙酮溶液浸泡，外加超聲剝離，PMMA層剝離得到刻印在p型GaN層表面的大面積有序金屬納米柱陣列；

(5)采用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，通入Cl₂和Ar的混合氣體，各向異性刻蝕p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層、n型GaN層，形成貫穿p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層，深至n型GaN層的納米柱陣列，將樣品放置在無機酸溶液中水浴去除刻蝕損傷，然后去除殘余的絕緣層；

(6)在硅片4之上，采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法沉積SiO₂層5，形成SiO₂-S襯底，SiO₂層厚度為200nm；

(7)采用電子束蒸發(fā)金屬，在SiO₂層表面沉積Ag金屬層6，沉積速率<3nm/min，金屬層的總厚度范圍為23nm，表面粗糙度<0.1nm；

(8)采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法或原子層沉積法在金屬層表面生長SiO₂超薄氧化物層7，生長速率<1nm/min，厚度為6nm，表面粗糙度<0.1nm；

(9)將步驟(5)獲得的納米柱陣列置于乙醇中，利用超聲震蕩進行機械分離和分散獲得InGaN/GaN量子阱納米柱8懸濁液，然后將懸濁液滴加在步驟(8)所制備的基片上，最后將基片上的溶劑通過烘烤蒸干，使納米柱分散的分布在基片之上，InGaN/GaN量子阱納米柱高度為2.2μm。

(10)采用光泵激發(fā)MUTOS結(jié)構(gòu)，室溫下觀察到產(chǎn)生激射現(xiàn)象，利用表面等離激元耦合增強效應(yīng)，可以使得閾值密度大幅降低，光模式體積極大的壓縮縮小。

實施例2

本GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器的制備方法，其步驟包括：

(1)在InGaN/GaN量子阱外延片上生長一層SiC絕緣層，將PMMA膠和紫外固化膠依次旋涂在絕緣層表面，PMMA膠厚度為600nm，紫外固化膠厚度為300nm，InGaN/GaN量子阱外延片中，x＝0.35，量子阱有源層發(fā)光波長在530nm，量子阱的周期數(shù)15個，p 型AlGaN阻擋層和p型GaN層的總厚度為500nm；

(2)采用紫外軟納米壓印技術(shù)，使用軟模板在紫外固化膠層上形成大面積的有序納米橢圓柱陣列，納米橢圓柱的長軸直徑為240nm，短軸直徑為160nm，周期為550nm，按六方對稱排列；

(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，通入CHF₃和O₂的混合氣體刻蝕紫外固化膠層的殘余部分，然后以紫外固化膠為掩膜，利用RIE技術(shù)，通入O₂對PMMA層進行刻蝕，將納米柱陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至PMMA層，露出絕緣層；

(4)采用電子束蒸發(fā)臺在InGaN/GaN量子阱外延片表面蒸鍍Cr金屬膜，厚度為50nm，將鍍有金屬膜的外延片置于丙酮溶液浸泡，外加超聲剝離，PMMA層剝離得到刻印在p型GaN層表面的大面積有序金屬納米柱陣列；

(5)采用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，通入Cl₂和Ar的混合氣體，各向異性刻蝕p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層、n型GaN層，形成貫穿p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層，深至n型GaN層的納米柱陣列，將樣品放置在無機堿溶液中水浴去除刻蝕損傷，然后去除殘余的絕緣層；

(6)在硅片之上，采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法沉積SiO₂層，形成SiO₂-Si襯底，SiO₂層厚度為400nm；

(7)采用電子束蒸發(fā)金屬，在SiO₂層表面沉積Al金屬層，沉積速率<3nm/min，金屬層的總厚度范圍為28nm，表面粗糙度<0.1nm；

(8)采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法或原子層沉積法在金屬層表面生長Al₂O₃超薄氧化物層，生長速率<1nm/min，厚度為12nm，表面粗糙度<0.1nm；

(9)將步驟(5)獲得的納米柱陣列置于乙二醇中，利用超聲震蕩進行機械分離和分散獲得InGaN/GaN量子阱納米柱懸濁液，然后將懸濁液滴加在步驟(8)所制備的基片上，最后將基片上的溶劑通過烘烤蒸干，使納米柱分散的分布在基片之上，InGaN/GaN量子阱納米柱高度為2.8μm。

(10)觀察MUTOS結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系，當橢圓納米柱的長軸與超薄氧化物層/金屬層界面平行時，采用光泵激發(fā)MUTOS結(jié)構(gòu)，室溫下觀察到激射現(xiàn)象，實現(xiàn)單模激光發(fā)射的納米激光器。

實施例3

本GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器的制備方法，其步驟包括：

(1)在InGaN/GaN量子阱外延片上生長一層SiC絕緣層，將PMMA膠和紫外固化膠依次旋涂在絕緣層表面，PMMA膠厚度為400nm，紫外固化膠厚度為150nm，InGaN/GaN 量子阱外延片中，x＝0.20，量子阱有源層發(fā)光波長在480nm，量子阱的周期數(shù)12個，p型AlGaN阻擋層和p型GaN層的總厚度為400nm；

(2)采用紫外軟納米壓印技術(shù)，使用軟模板在紫外固化膠層上形成大面積的有序納米橢圓柱陣列，納米橢圓柱的長軸直徑為240nm，短軸直徑為160nm，周期為550nm，按六方對稱排列；

(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，通入CHF₃和O₂的混合氣體刻蝕紫外固化膠層的殘余部分，然后以紫外固化膠為掩膜，利用RIE技術(shù)，通入O₂對PMMA層進行刻蝕，將納米柱陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至PMMA層，露出絕緣層；

(4)采用電子束蒸發(fā)臺在InGaN/GaN量子阱外延片表面蒸鍍Cr金屬膜，厚度為30nm，將鍍有金屬膜的外延片置于丙酮溶液浸泡或外加超聲剝離，PMMA層剝離得到刻印在p型GaN層表面的大面積有序金屬納米柱陣列；

(5)采用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，通入Cl₂和Ar的混合氣體，各向異性刻蝕p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層、n型GaN層，形成貫穿p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層，深至n型GaN層的納米柱陣列，將樣品放置在無機堿溶液中水浴去除刻蝕損傷，然后去除殘余的絕緣層；

(6)在硅片之上，采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法沉積SiO₂層，形成SiO₂-Si襯底，SiO₂層厚度為300nm；

(7)采用電子束蒸發(fā)金屬，在SiO₂層表面沉積Au金屬層，沉積速率<3nm/min，金屬層的總厚度范圍為25nm，表面粗糙度<0.1nm；

(8)采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法或原子層沉積法在金屬層表面生長Al₂O₃超薄氧化物層，生長速率<1nm/min，厚度為9nm，表面粗糙度<0.1nm；

(9)將步驟(5)獲得的納米柱陣列置于乙二醇中，利用超聲震蕩進行機械分離和分散獲得InGaN/GaN量子阱納米柱懸濁液，然后將懸濁液滴加在步驟(8)所制備的基片上，最后將基片上的溶劑通過烘烤蒸干，使納米柱分散的分布在基片之上，InGaN/GaN量子阱納米柱高度為2.6μm。

(10)觀察MUTOS結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系，當橢圓納米柱的短軸與超薄氧化物層/金屬層界面平行時，采用光泵激發(fā)MUTOS結(jié)構(gòu)，室溫下觀察到激射現(xiàn)象，實現(xiàn)多模激光發(fā)射的納米激光器。

實施例4

本GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器的制備方法，其步驟包括：

(1)在InGaN/GaN量子阱外延片上生長一層SiC絕緣層，將PMMA膠和紫外固化膠依次旋涂在絕緣層表面，PMMA膠厚度為400nm，紫外固化膠厚度為150nm，InGaN/GaN量子阱外延片中，x＝0.20，量子阱有源層發(fā)光波長在480nm，量子阱的周期數(shù)12個，p型AlGaN阻擋層和p型GaN層的總厚度為400nm；

(2)采用紫外軟納米壓印技術(shù)，使用軟模板在紫外固化膠層上形成大面積的有序納米橢圓柱陣列，納米橢圓柱的長軸直徑為400nm，短軸直徑為300nm，周期為550nm，按六方對稱排列；

(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，通入CHF₃和O₂的混合氣體刻蝕紫外固化膠層的殘余部分，然后以紫外固化膠為掩膜，利用RIE技術(shù)，通入O₂對PMMA層進行刻蝕，將納米柱陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至PMMA層，露出絕緣層；

(4)采用電子束蒸發(fā)臺在InGaN/GaN量子阱外延片表面蒸鍍Cr金屬膜，厚度為30nm，將鍍有金屬膜的外延片置于丙酮溶液浸泡或外加超聲剝離，PMMA層剝離得到刻印在p型GaN層表面的大面積有序金屬納米柱陣列；

(5)采用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，通入Cl₂和Ar的混合氣體，各向異性刻蝕p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層、n型GaN層，形成貫穿p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層，深至n型GaN層的納米柱陣列，將樣品放置在無機堿溶液中水浴去除刻蝕損傷，然后去除殘余的絕緣層；

(6)在硅片之上，采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法沉積SiO₂層，形成SiO₂-Si襯底，SiO₂層厚度為300nm；

(7)采用電子束蒸發(fā)金屬，在SiO₂層表面沉積Au金屬層，沉積速率<3nm/min，金屬層的總厚度范圍為25nm，表面粗糙度<0.1nm；

(8)采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法或原子層沉積法在金屬層表面生長Al₂O₃超薄氧化物層，生長速率<1nm/min，厚度為9nm，表面粗糙度<0.1nm；

(9)將步驟(5)獲得的納米柱陣列置于乙二醇中，利用超聲震蕩進行機械分離和分散獲得InGaN/GaN量子阱納米柱懸濁液，然后將懸濁液滴加在步驟(8)所制備的基片上，最后將基片上的溶劑通過烘烤蒸干，使納米柱分散的分布在基片之上，InGaN/GaN量子阱納米柱高度為2.6μm。

(10)觀察MUTOS結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系，當橢圓納米柱的短軸與超薄氧化物層/金屬層界面平行時，采用光泵激發(fā)MUTOS結(jié)構(gòu)，室溫下觀察到激射現(xiàn)象，實現(xiàn)多模激光發(fā)射的納米激光器。

實施例5

本GaN基金屬-超薄氧化物-半導(dǎo)體的復(fù)合結(jié)構(gòu)納米激光器的制備方法，其步驟包括：

(1)在InGaN/GaN量子阱外延片上生長一層SiC絕緣層，將PMMA膠和紫外固化膠依次旋涂在絕緣層表面，PMMA膠厚度為400nm，紫外固化膠厚度為150nm，InGaN/GaN量子阱外延片中，x＝0.12，量子阱有源層發(fā)光波長在430nm，量子阱的周期數(shù)12個，p型AlGaN阻擋層和p型GaN層的總厚度為400nm。

(2)采用紫外軟納米壓印技術(shù)，使用軟模板在紫外固化膠層上形成大面積的有序納米六方柱陣列，納米六方柱的外接圓直徑為100nm，周期為550nm，按六方對稱排列；

(3)采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)，通入CHF₃和O₂的混合氣體刻蝕紫外固化膠層的殘余部分，然后以紫外固化膠為掩膜，利用RIE技術(shù)，通入O₂對PMMA層進行刻蝕，將納米柱陣列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至PMMA層，露出絕緣層；

(4)采用電子束蒸發(fā)臺在InGaN/GaN量子阱外延片表面蒸鍍Cr金屬膜，厚度為30nm，將鍍有金屬膜的外延片置于丙酮溶液浸泡或外加超聲剝離，PMMA層剝離得到刻印在p型GaN層表面的大面積有序金屬納米柱陣列；

(5)采用電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)，通入Cl₂和Ar的混合氣體，各向異性刻蝕p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層、n型GaN層，形成貫穿p型GaN層、p型AlGaN阻擋層、InGaN/GaN量子阱有源層，深至n型GaN層的納米柱陣列，將樣品放置在無機堿溶液中水浴去除刻蝕損傷，然后去除殘余的絕緣層；

(6)在硅片之上，采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法沉積SiO₂層，形成SiO₂-Si襯底，SiO₂層厚度為300nm；

(7)采用電子束蒸發(fā)金屬，在SiO₂層表面沉積Au金屬層，沉積速率<3nm/min，金屬層的總厚度范圍為25nm，表面粗糙度<0.1nm；

(8)采用等離子體增強化學(xué)汽相沉積法或原子層沉積法在金屬層表面生長Al₂O₃超薄氧化物層，生長速率<1nm/min，厚度為9nm，表面粗糙度<0.1nm；

(9)將步驟(5)獲得的納米柱陣列置于乙醇中，利用超聲震蕩進行機械分離和分散獲得InGaN/GaN量子阱納米柱懸濁液，然后將懸濁液滴加在步驟(8)所制備的基片上，最后將基片上的溶劑通過烘烤蒸干，使納米柱分散的分布在基片之上，InGaN/GaN量子阱納米柱高度為2.4μm。

(10)采用光泵激發(fā)MUTOS結(jié)構(gòu)，室溫下觀察到激射現(xiàn)象，利用表面等離激元耦合增強效應(yīng)，可以使得產(chǎn)生激光閾值密度大幅降低，光模式體積極大的壓縮縮小，實現(xiàn)多模激光發(fā)射的納米激光器。