[發明專利]一種納米多孔GaN結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201810567400.9
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108878261B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 許并社;賈偉;樊騰;張竹霞;李天保;董海亮
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種納米多孔GaN結構及其制備方法，屬于半導體技術領域，現有納米多孔GaN結構的制備方法不能精確控制納米孔形貌、制備過程復雜、設備昂貴的缺點，該結構包括藍寶石襯底，依次層疊形成在所述襯底c面上的形核層、非摻雜GaN層；所述非摻雜GaN層生長結束后進行噴金步驟；所述噴金步驟后進行高溫分解步驟。該方法利用了高溫下金納米顆粒催化GaN分解的性質。在高溫下，GaN會緩慢分解，而金納米顆粒覆蓋的區域會加速分解，從而形成納米多孔GaN結構。因此通過控制金納米顆粒的密度，可以精確控制納米孔的密度。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種納米多孔GaN結構及其制備方法。

背景技術

GaN是一種寬禁帶半導體材料，在室溫下其直接帶隙寬度為3.39eV，具有熱導率高、耐高溫、抗輻射、耐酸堿、高強度和高硬度等特性，是第三代半導體的代表，被廣泛應用在高亮度藍、綠、紫和白光二極管，藍、紫色激光器以及抗輻射、高溫大功率微波器件等領域。與二維薄膜結構GaN相比，三維多孔GaN具有更大的比表面積，使GaN基材料的應用范圍進一步擴大。當應用在光解水領域時，其較大的比表面積增大了水與多孔GaN電極的接觸面積，極大提升了光解水的效率，同時，縮短了光生載流子向電極—溶液表面的遷移距離，抑制了光生載流子的復合，增大了光生電流；當運用在Pb/GaN氣體傳感器上時，多孔的Pb/GaN電極具有較大的比表面積，顯著增大了傳感器的靈敏度，且具有不同尺寸、形狀和高密度孔洞的多孔GaN會增強藍移發光性能，提高器件的靈敏度；當運用在LED上時，較大的發光面積提高了發光效率，且納米孔增強了對光的散射作用，提高了內量子效率和光提取效率；在藍寶石襯底上生長的GaN外延薄膜中有很高的位錯密度，會對GaN基LED的發光效率造成衰減，納米多孔狀GaN作中間層可以釋放GaN外延薄膜中的應力、減小位錯密度，提高其晶體質量。納米多孔GaN結構的應用不止局限于以上領域，更需要科研人員不斷深入探索。

目前制備納米多孔GaN的方法主要有光電化學腐蝕法、鉑輔助無電鍍刻蝕法等，但這些方法過程太過復雜，得到的納米孔尺寸不均勻、不陡直；感應耦合等離子體刻蝕法和聚焦離子束刻蝕雖能精確控制納米孔的尺寸，但由于設備昂貴、過程復雜，難以大規模生產；電子束光刻工藝簡單，但生產效率低、產量少，對于大規模生產更是不切實際。

發明內容

本發明針對現有納米多孔GaN結構的制備方法不能精確控制納米孔形貌、制備過程復雜、設備昂貴的缺點，提供一種納米多孔GaN結構及其制備方法。利用高溫下金納米顆粒催化GaN分解的性質，對GaN外延層進行噴金后在進行高溫分解從而得到納米多孔GaN結構。

本發明采用如下技術方案：

一種納米多孔GaN結構，包括藍寶石襯底，依次層疊形成在所述襯底c面上的形核層、非摻雜GaN層以及在非摻雜GaN層上的金納米顆粒。

所述非摻雜GaN層的生長時間為30-150min，厚度為1-5μm。

一種納米多孔GaN結構的制備方法，包括如下步驟：

第一步，在藍寶石襯底上形成形核層；

第二步，在所述形核層上形成非摻雜GaN層；

第三步，進行噴金，在所述非摻雜GaN層上形成金納米顆粒；

第四步，將第三步形成的樣品在反應腔中進行高溫分解后，得到納米多孔GaN結構。

其中，第一步中形核層的鎵源為TMGa，氮源為NH₃，形核層的生長溫度為500-570℃。

第二步中非摻雜GaN層的鎵源為TMGa，氮源為NH₃，非摻雜GaN層的生長溫度為1000-1100℃。

第三步中的噴金時間為10-100s。