[發明專利]一種原位生長Al等離激元納米結構的方法

有效

• 申請號: 201910097665.1
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109830568B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 黎大兵;吳憂;孫曉娟;賈玉萍;石芝銘
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0232;G02B5/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 張偉

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種原位生長Al等離激元納米結構的方法。本發明的原位生長Al等離激元納米結構的方法，在常規MOCVD生長AlGaN基探測器外延片的基礎上，利用鋁有機金屬源受熱分解的特性，在AlGaN基材料表面或是有源區原位生長Al的納米結構，產生等離激元效應，為提高AlGaN基探測器外延片性能提供了新途徑。本發明利用MOCVD方法在AlGaN基材料表面或是有源區原位生長Al等離激元納米結構，制備Al等離激元結構的設備為生長AlGaN材料的高溫MOCVD設備。本發明制備Al等離激元納米結構的基本原理是MOCVD中的鋁金屬有機源受熱分解的性能，在生長AlGaN基外延片的同時可以將Al等離激元生長在AlGaN基材料表面或是深入其有源區，更好的發揮其等離激元效應，從而提高AlGaN基紫外及深紫外探測器性能。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種MOCVD原位生長Al等離激元納米結構的方法。

背景技術

AlGaN基材料作為第三代半導體材料的代表之一，具有良好的光電性質和穩定性，受到廣泛關注，通過調節其體系中的合金材料中的組分，可以實現帶隙3.4eV到6.2eV連續可調。以AlGaN材料為基礎的紫外、深紫外光電器件上具有穩定性強，耐高溫，耐高壓，抗輻照等優勢，在軍事和民用上都具有廣闊的應用前景。而目前器件性能遠低預期值，近幾年研究人員發現金屬納米等離激元結構可以顯著提高器件性能，為科研研究提供一種新思路，新方法。

等離激元共振是指當入射光頻率與金屬中電子振蕩頻率相匹配時所產生共振耦合，迅速將光子的能量傳給金屬，而后又由金屬將能量傳遞給半導體的一種現象，此過程中由于金屬納米結構的等離激元效應，會產生局域場增強，從而提高內量子效率。近年來，等離激元的研究受到了越來越多研究人員的關注，理論和實驗方面都取得了很多成果，為提高半導體光電器件性能提供了一種新方法。

Al是AlGaN基紫外、深紫外光電探測器件實現等離激元增強效應最理想的金屬材料，具有共振頻率高，且價格低，來源廣的優勢，是一種實用價值較高的等離激元材料。但由于Al原子粘滯系數較高，遷移能力較弱，在制備納米結構的時候存在困難。目前制備Al納米結構的方法主要可以歸結為兩種，一種是以光刻圖形，配合真空蒸發為基礎的，另一種是通過優化過的真空蒸發工藝直接獲得。第一種方法中的光刻技術包括電子束光刻、納米球光刻和納米壓印等，該方法得到的納米結構具有較為規則的圖形，但總體來說尺寸受限制，一般尺寸較大，不利于充分發揮等離激元的增益效果。第二種方法，如斜角蒸發，可以直接利用金屬蒸發得到，工藝簡單，顆粒尺寸可以根據蒸鍍時間來調節，但難以實現可重復性，尺寸均一，分布均勻的納米結構。但這兩類制備方法存在一個共同的問題，即只能在器件的表面制備Al納米結構，難以深入器件有源區，存在較大的能量損失，從而無法將等離激元的增益作用最大化。

發明內容

本發明的目的是提供一種原位生長Al等離激元納米結構的方法，該方法利用MOCVD的方法在生長氮化物材料的同時，原位生長Al納米結構，可以在AlGaN材料表面上或有源區中制備Al等離激元納米結構。

為了實現上述目的，本發明的技術方案具體如下：

一種原位生長Al等離激元納米結構的方法，包括以下步驟：

步驟1、在襯底上生長AlGaN基材料；

步驟2、利用MOCVD方法在AlGaN基材料上原位制備Al納米結構。

在上述技術方案中，所述制備方法還可以包括步驟3、再生長一層AlGaN基材料。

在上述技術方案中，步驟2利用MOCVD方法在AlGaN基材料表面或者在AlGaN基材料有源區制備Al納米結構。

在上述技術方案中，所述襯底為藍寶石、硅或碳化硅。

在上述技術方案中，步驟1和步驟3中生長AlGaN基材料的方法為MOCVD方法。