GaN微納結(jié)構(gòu)及其光電子器件研究

氮化物半導(dǎo)體具有寬禁帶、可調(diào)，高光電轉(zhuǎn)化效率等優(yōu)點(diǎn)，在紫外傳感器，功率器件，射頻電子器件，LED照明、顯示、深紫外殺菌消毒、激光器、存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是有前途的發(fā)光材料。

GaN作為一種性能優(yōu)越的寬禁帶半導(dǎo)體材料，它在紫外探測(cè)領(lǐng)域有著重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。GaN微納結(jié)構(gòu)與體材料相比擁有更大的比表面積，較低的載流子散射，不僅有利于研究紫外探測(cè)物理機(jī)制，也是制備低維、高性能紫外探測(cè)器的理想結(jié)構(gòu)。

在近期召開的第九屆國際第三代半導(dǎo)體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（SSLCHINA）的“氮化物半導(dǎo)體固態(tài)紫外技術(shù)”分會(huì)上，華南師范大學(xué)研究員王幸福做了題為“GaN微納結(jié)構(gòu)及其光電子器件研究”的主題報(bào)告。

GaN微納米器件涉及納米線陣列LED、納米線柔性LED、納米線激光器、納米線集成光波導(dǎo)等，由于難以實(shí)現(xiàn)納米尺寸、空間密度、形貌、結(jié)構(gòu)等的有效控制，限制了納米材料和器件的發(fā)展和應(yīng)用。

報(bào)告介紹一種新型GaN微納結(jié)構(gòu)的制備方法、光電特性及其紫外探測(cè)器件。研究利用Si圖形襯底側(cè)向外延和電化學(xué)剝離在異質(zhì)襯底上制備有序GaN微納陣列結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的光場(chǎng)約束和載流子限域作用，該納米線具有較低的非輻射復(fù)合率和較高的輻射復(fù)合率，表明轉(zhuǎn)移后的納米線存在更少的缺陷。

基于所獲得的高質(zhì)量氮化鎵陣列，制備了低暗電流、高光電流的高性能紫外探測(cè)器。器件較低的暗電流歸因于表面的電子耗盡和肖特基勢(shì)壘的電子阻礙作用，而光照時(shí)由于光電子隧穿的作用，展現(xiàn)出超高的歐姆類型的光電流。這種極低的肖特基類型暗電流與高的歐姆類型光電流，體現(xiàn)了電子發(fā)射從TE模式向TFE模式的轉(zhuǎn)變。GaN微納紫外探測(cè)器克服了常規(guī)GaN探測(cè)器中紫外吸收率低、量子效率低、響應(yīng)度低等限制，為新型低功耗高性能紫外探測(cè)器的實(shí)現(xiàn)提供了新思路。

報(bào)告中詳細(xì)分享了選區(qū)側(cè)向外延制備GaN微納陣列、電化學(xué)剝離制備GaN微納結(jié)構(gòu)等的研究成果與研究進(jìn)展。其中，選區(qū)側(cè)向外延制備GaN微納陣列涉及選區(qū)側(cè)向外延、外延位錯(cuò)彎曲、單根微米線紫外探測(cè)、陣列微米線紫外探測(cè)、AlN 表面鈍化、芯片封裝內(nèi)容。電化學(xué)剝離制備GaN微納結(jié)構(gòu)涉及PIN結(jié)構(gòu) vs·微納米陣列結(jié)構(gòu)器件、電化學(xué)剝離、外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電化學(xué)選擇性腐蝕原理、自支撐微米線陣列、微納米陣列紫外探測(cè)、N極性面強(qiáng)表面電勢(shì)等。報(bào)告指出，鈍化GaN表面缺陷，利于提高器件光電性能；原位AlN鈍化層，提高金屬-半導(dǎo)體接觸勢(shì)壘，抑制暗電流＜1E-9；電化學(xué)剝離后，具有更優(yōu)異的弱光響應(yīng)能力；微納米陣列器件具有更好的線性特性，耐壓更高。

審核編輯：劉清