CN108878261A - 一种纳米多孔GaN结构及其制备方法 - Google Patents

一种纳米多孔GaN结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108878261A
CN108878261A CN201810567400.9A CN201810567400A CN108878261A CN 108878261 A CN108878261 A CN 108878261A CN 201810567400 A CN201810567400 A CN 201810567400A CN 108878261 A CN108878261 A CN 108878261A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gan
nanoporous
preparation
layer
gan structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810567400.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108878261B (zh
Inventor
许并社
贾伟
樊腾
张竹霞
李天保
董海亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201810567400.9A priority Critical patent/CN108878261B/zh
Publication of CN108878261A publication Critical patent/CN108878261A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108878261B publication Critical patent/CN108878261B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种纳米多孔GaN结构及其制备方法，属于半导体技术领域，现有纳米多孔GaN结构的制备方法不能精确控制纳米孔形貌、制备过程复杂、设备昂贵的缺点，该结构包括蓝宝石衬底，依次层叠形成在所述衬底c面上的形核层、非掺杂GaN层；所述非掺杂GaN层生长结束后进行喷金步骤；所述喷金步骤后进行高温分解步骤。该方法利用了高温下金纳米颗粒催化GaN分解的性质。在高温下，GaN会缓慢分解，而金纳米颗粒覆盖的区域会加速分解，从而形成纳米多孔GaN结构。因此通过控制金纳米颗粒的密度，可以精确控制纳米孔的密度。

Description

一种纳米多孔GaN结构及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种纳米多孔GaN结构及其制备方法。
背景技术
GaN是一种宽禁带半导体材料，在室温下其直接带隙宽度为3.39eV，具有热导率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性，是第三代半导体的代表，被广泛应用在高亮度蓝、绿、紫和白光二极管，蓝、紫色激光器以及抗辐射、高温大功率微波器件等领域。与二维薄膜结构GaN相比，三维多孔GaN具有更大的比表面积，使GaN基材料的应用范围进一步扩大。当应用在光解水领域时，其较大的比表面积增大了水与多孔GaN电极的接触面积，极大提升了光解水的效率，同时，缩短了光生载流子向电极—溶液表面的迁移距离，抑制了光生载流子的复合，增大了光生电流；当运用在Pb/GaN气体传感器上时，多孔的Pb/GaN电极具有较大的比表面积，显著增大了传感器的灵敏度，且具有不同尺寸、形状和高密度孔洞的多孔GaN会增强蓝移发光性能，提高器件的灵敏度；当运用在LED上时，较大的发光面积提高了发光效率，且纳米孔增强了对光的散射作用，提高了内量子效率和光提取效率；在蓝宝石衬底上生长的GaN外延薄膜中有很高的位错密度，会对GaN基LED的发光效率造成衰减，纳米多孔状GaN作中间层可以释放GaN外延薄膜中的应力、减小位错密度，提高其晶体质量。纳米多孔GaN结构的应用不止局限于以上领域，更需要科研人员不断深入探索。
目前制备纳米多孔GaN的方法主要有光电化学腐蚀法、铂辅助无电镀刻蚀法等，但这些方法过程太过复杂，得到的纳米孔尺寸不均匀、不陡直；感应耦合等离子体刻蚀法和聚焦离子束刻蚀虽能精确控制纳米孔的尺寸，但由于设备昂贵、过程复杂，难以大规模生产；电子束光刻工艺简单，但生产效率低、产量少，对于大规模生产更是不切实际。
发明内容
本发明针对现有纳米多孔GaN结构的制备方法不能精确控制纳米孔形貌、制备过程复杂、设备昂贵的缺点，提供一种纳米多孔GaN结构及其制备方法。利用高温下金纳米颗粒催化GaN分解的性质，对GaN外延层进行喷金后在进行高温分解从而得到纳米多孔GaN结构。
本发明采用如下技术方案：
一种纳米多孔GaN结构，包括蓝宝石衬底，依次层叠形成在所述衬底c面上的形核层、非掺杂GaN层以及在非掺杂GaN层上的金纳米颗粒。
所述非掺杂GaN层的生长时间为30-150min，厚度为1-5μm。
一种纳米多孔GaN结构的制备方法，包括如下步骤：
第一步，在蓝宝石衬底上形成形核层；
第二步，在所述形核层上形成非掺杂GaN层；
第三步，进行喷金，在所述非掺杂GaN层上形成金纳米颗粒；
第四步，将第三步形成的样品在反应腔中进行高温分解后，得到纳米多孔GaN结构。
其中，第一步中形核层的镓源为TMGa，氮源为NH3，形核层的生长温度为500-570℃。
第二步中非掺杂GaN层的镓源为TMGa，氮源为NH3，非掺杂GaN层的生长温度为1000-1100℃。
第三步中的喷金时间为10-100s。
第四步中，高温分解时，以5:5的比例向反应腔中通入H2和N2的混合气；所述高温分解温度为900-1100℃；所述高温分解时间为10-30min。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，所述金纳米颗粒的密度可由喷金时间控制，利用高温下金纳米颗粒催化GaN分解，纳米颗粒覆盖的区域快速向下分解形成纳米孔，因此纳米孔的密度与金纳米颗粒的密度相等，可以通过控制喷金时间调控纳米孔的密度，操作过程十分简单。
2. 本发明所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，所述纳米孔的深度由所述非掺杂GaN层的厚度决定，因此可以通过控制非掺杂GaN层的生长时间控制纳米孔的深度。
3. 本发明所述的一种纳米多孔GaN结构，该结构包括蓝宝石衬底，依次层叠形成在所述衬底c面上的形核层、非掺杂GaN层；所述非掺杂GaN层生长结束后进行喷金步骤；所述喷金步骤后进行高温分解步骤。三维纳米多孔GaN结构的比表面积是传统二维GaN薄膜的3-5倍，可应用于气体监测传感器、光解水器件等领域。
附图说明
图1为本发明所述的一种纳米多孔GaN结构制备方法的实验步骤。
图2为本发明实施例1的样品SEM图。
图3为本发明实施例2的样品的SEM图。
图4为本发明实施例3的样品的SEM图。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供此实施例，使得本发明将是彻底的和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸及相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
实施例1
S1、如图1a所示，通过原位生长法，在蓝宝石衬底c面上形成形核层，生长温度为500℃；
S2、在所述形核层上形成非掺杂GaN层，生长温度为1000℃，生长时间为30min，厚度为1μm；
S3、在S2所得样品表面进行喷金，喷金时间为10s，如图1b所示；
S4、将S3所得结构进行高温分解，分解温度为900℃，高温分解时向反应腔中通入H2:N2= 5:5的混合气；
S5、经过10min，得到如图1c和图2所示纳米多孔结构，纳米孔的密度约为3.64×108cm-2，深度为1μm。
实施例2
S1、如图1a所示，通过原位生长法，在蓝宝石衬底c面上形成形核层，生长温度为540℃；
S2、在所述形核层上形成非掺杂GaN层，生长温度为1050℃，生长时间为90min，厚度为3μm；
S3、在S2所得样品表面进行喷金，喷金时间为50s，如图1b所示；
S4、将S3所得结构进行高温分解，分解温度为1000℃，高温分解时向反应腔中通入H2:N2= 5:5的混合气；
S5、经过20min，得到如图1c和图3所示纳米多孔结构，纳米孔的密度约为5.93×108cm-2，深度为3μm。
实施例3
S1、如图1a所示，通过原位生长法，在蓝宝石衬底c面上形成形核层，生长温度为570℃；
S2、在所述形核层上形成非掺杂GaN层，生长温度为1100℃，生长时间为150min，厚度为5μm；
S3、在S2所得样品表面进行喷金，喷金时间为100s，如图1b所示；
S4、将S3所得结构进行高温分解，分解温度为1100℃，高温分解时向反应腔中通入H2:N2= 5:5的混合气；
S5、经过30min，得到如图1c和图4所示纳米多孔结构，纳米孔的密度约为7.71×108cm-2，深度为5μm。

Claims (7)

1.一种纳米多孔GaN结构，其特征在于：包括蓝宝石衬底，依次层叠形成在所述衬底c面上的形核层、非掺杂GaN层以及在非掺杂GaN层上的金纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种纳米多孔GaN结构，其特征在于：所述非掺杂GaN层的生长时间为30-150min，厚度为1-5μm。
3.一种如权利要求1或2所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，在蓝宝石衬底上形成形核层；
第二步，在所述形核层上形成非掺杂GaN层；
第三步，进行喷金，在所述非掺杂GaN层上形成金纳米颗粒；
第四步，将第三步形成的样品在反应腔中进行高温分解后，得到纳米多孔GaN结构。
4.根据权利要求3所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，其特征在于：第一步中形核层的镓源为TMGa，氮源为NH3，形核层的生长温度为500-570℃。
5.根据权利要求3所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，其特征在于：第二步中非掺杂GaN层的镓源为TMGa，氮源为NH3，非掺杂GaN层的生长温度为1000-1100℃。
6.根据权利要求3所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，其特征在于：第三步中的喷金时间为10-100s。
7.根据权利要求3所述的一种纳米多孔GaN结构的制备方法，其特征在于：第四步中，高温分解时，以5:5的比例向反应腔中通入H2和N2的混合气；所述高温分解温度为900-1100℃；所述高温分解时间为10-30min。
CN201810567400.9A 2018-06-05 2018-06-05 一种纳米多孔GaN结构及其制备方法 Active CN108878261B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810567400.9A CN108878261B (zh) 2018-06-05 2018-06-05 一种纳米多孔GaN结构及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810567400.9A CN108878261B (zh) 2018-06-05 2018-06-05 一种纳米多孔GaN结构及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108878261A true CN108878261A (zh) 2018-11-23
CN108878261B CN108878261B (zh) 2021-10-29

Family

ID=64336785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810567400.9A Active CN108878261B (zh) 2018-06-05 2018-06-05 一种纳米多孔GaN结构及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108878261B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040142503A1 (en) * 2003-01-21 2004-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing highly efficient semiconductor device
US20060154451A1 (en) * 2005-01-07 2006-07-13 Samsung Corning Co., Ltd. Epitaxial growth method
CN103094434A (zh) * 2012-11-27 2013-05-08 南京大学 ICP刻蚀GaN基多量子阱制备纳米阵列图形的方法
KR20130089618A (ko) * 2013-03-28 2013-08-12 전북대학교산학협력단 고효율 발광다이오드 제조방법
CN103367429B (zh) * 2013-07-04 2015-10-28 西安电子科技大学 二次生长的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040142503A1 (en) * 2003-01-21 2004-07-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of manufacturing highly efficient semiconductor device
US20060154451A1 (en) * 2005-01-07 2006-07-13 Samsung Corning Co., Ltd. Epitaxial growth method
CN103094434A (zh) * 2012-11-27 2013-05-08 南京大学 ICP刻蚀GaN基多量子阱制备纳米阵列图形的方法
KR20130089618A (ko) * 2013-03-28 2013-08-12 전북대학교산학협력단 고효율 발광다이오드 제조방법
CN103367429B (zh) * 2013-07-04 2015-10-28 西安电子科技大学 二次生长的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108878261B (zh) 2021-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI445052B (zh) 藉由金屬有機化學氣相沈積（ＭＯＣＶＤ）於多孔性氮化鎵（ＧａＮ）模板上氮化銦鎵（ＩｎＧａＮ）之生長
US9627199B2 (en) Methods of fabricating micro- and nanostructure arrays and structures formed therefrom
CN102169930B (zh) 一种金属纳米颗粒辅助实现发光二极管表面粗化的方法
US10573777B2 (en) Vertical structure nonpolar LED chip on lithium gallate substrate and preparation method therefor
JPH03218625A (ja) ｐ形窒化ガリウム系化合物半導体結晶の作製方法
CN107316922B (zh) 基于GaN六棱锥阵列的LED外延结构及其制备方法
JP2011014861A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法
CN112680714A (zh) 一种生长AlN薄膜的方法
Wang et al. Metal-assisted photochemical etching of GaN nanowires: The role of metal distribution
Gao et al. Anodic etching of GaN based film with a strong phase-separated InGaN/GaN layer: Mechanism and properties
CN103022292A (zh) 一种InGaN基蓝光LED器件及其制备方法
US6558995B1 (en) Holographic, laser-induced fabrication of indium nitride quantum wires and quantum dots
CN108878261A (zh) 一种纳米多孔GaN结构及其制备方法
Chiu et al. Optical and electrical properties of GaN-based light emitting diodes grown on micro-and nano-scale patterned Si substrate
CN102185049B (zh) ZnO基发光器件的制备方法
CN108538977B (zh) 一种高质量GaN薄膜及其制备方法
CN109148654B (zh) 非极性面ⅲ族氮化物外延结构及其制备方法
CN109411580B (zh) 氮化镓基功率器件及其制备方法
CN104752568B (zh) 一种改善晶体质量的GaN基LED外延结构的制备方法
Radzali et al. Nanoporous InGaN prepared by KOH electrochemical etching with different light sources
Chang et al. UV enhanced indium-doped ZnO nanorod field emitter
Wang et al. Recent progresses on InGaN quantum dot light-emitting diodes
CN210092100U (zh) 一种基于石墨烯模板上AlGaN纳米柱基MSM型紫外探测器
TW201816203A (zh) 三族氮化物磊晶結構及其製作方法
CN112687771A (zh) 一种制备AlN薄层的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant