纳米柱InGaN/GaN多量子阱的干法刻蚀制备技术

纳米柱GaN基多量子阱(MQW)拥有量子尺寸效应以及应变释放等特性,对于提高GaN基发光二极管(LED)的发光效率具有重要意义.采用快速热退火(RTA)形成的自组装Ni纳米颗粒作为刻蚀掩膜,利用电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE)制备纳米柱InGaN/GaN MQW.通过改变RTA温度发现在800℃以上才能有效形成Ni纳米颗粒掩膜.不同的ICP和射频(RF)功率条件下制备的纳米柱MQW光致发光强度相比于相同结构的平面MQW会发生显著变化.通过优化ICP-RIE的刻蚀条件,可以获得发光强度显著提高的纳米柱MQW结构.同时,纳米柱MQW中压电极化场的减弱会形成光致发光峰位蓝移.     

GaN衬底上纳米点阵列的制备及其应用研究

研究了纳米掩膜在材料外延生长及器件制备中的应用.通过电化学腐蚀和电子束蒸发方法在GaN表面生成Ni和SiO<,2>纳米点阵列,经过等离子体刻蚀在Ni/GaN模板上形成GaN纳米锥形结构;利用氢化物气相外延(HVPE)方法,在SiO<,2>/GaN模板上制备厚膜GaN材料.X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱测试表明...     

金纳米粒子作掩模的硅纳米柱阵列的加工

利用自组装的方法在硅基片表面形成一层均匀的金纳米粒子掩模,分析了偶联剂对自组装的影响,以金纳米粒子作掩模进行反应离子刻蚀,研究了刻蚀时间对硅纳米柱阵列的影响,提供了一种简单、便宜并且有效的在硅基底上大面积形成纳米柱阵列的纳米加工方法。实验中发现,超过一定刻蚀时间时,有过刻蚀现象发生,在120 s刻蚀时间下,得到了直径小于20 nm,深宽比高达10∶1以上规则、致密、大面积分布的硅纳米柱或硅纳米锥状结构。     

氮化镓干法刻蚀研究进展

对比了RIE,ECR,ICP等几种GaN干法刻蚀方法的特点.回顾了GaN干法刻蚀领域的研究进展.以ICP刻蚀GaN和AlGaN材料为例,通过工艺参数的优化,得到了高刻蚀速率和理想的选择比及形貌.在优化后的刻蚀工艺条件下GaN材料刻蚀速率达到340nm/min,侧墙倾斜度大于80°且刻蚀表面均方根粗糙度小于3nm.对引起干法刻蚀损伤的因素进行了讨论,并介绍了几种减小刻蚀损伤的方法.     

Ti/Al/Ni/Au在GaN N面上的欧姆接触

以Ti/Al/Ni/Au作为欧姆接触金属体系,通过电感耦合等离子体(ICP)刻蚀的预处理,在氢化物气相外延法生长的单晶氮化镓(GaN)材料的N面实现了良好的欧姆接触,其比接触电阻率为3.7×10-4 Ω·cm2.通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、阴极荧光和光致发光谱对GaN N面的表面、光学特性进行了对比表征.结果表明:未刻蚀GaN衬底的N面表面存在一定的损伤层,导致近表面处含有大量缺陷,不利于欧姆接触的形成;而ICP刻蚀处理有效地去除了损伤层.X射线光电子能谱(XPS)分析显示刻蚀后样品的Ga 3d结合能比未刻蚀样品向高能方向移动了约0.3 eV,其肖特基势垒则相应降低,有利于欧姆接触的形成.同时对Fe掺杂半绝缘GaN的N面也进行了刻蚀处理,同样实现了良好的Ti/Al/Ni/Au欧姆接触,其比接触电阻率为0.12 Ω·cm2.     

磁控溅射和氨化法生长GaN纳米棒及其特性

使用一种新奇的稀土元素铽(Tb)作催化剂,通过氨化磁控溅射在Si(111)衬底上的Ga2O3/Tb薄膜,合成了大量的GaN纳米棒,氨化温度为950℃,氨化时间为15min。该方法可以进行持续合成且制备的GaN纳米棒纯度较高、成本低廉。实验后分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)对样品进行了结构、表面形态和成分测试。通过XRD和XPS测试分析,合成的纳米棒具有六方纤锌矿GaN结构;通过SEM、TEM和HRTEM观察分析得出合成的纳米棒为单晶GaN纳米棒。简单讨论了GaN纳米棒的生长机制。     

GaN/SiO_2刻蚀选择比的研究

在干法刻蚀GaN时使用SiO2作为掩蔽物,为了在较快的GaN刻蚀速率下获得良好的GaN/SiO2刻蚀选择比,使用电感耦合等离子刻蚀机(ICP),运用Cl2和Ar作为刻蚀气体,改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量、气体组分等工艺条件,并讨论了这些因素对GaN/SiO2刻蚀选择比以及对GaN刻蚀速率的影响。实验结果获得了GaN在刻蚀速率为165nm/min时的GaN/SiO2选择比为8∶1。设备验收时GaN刻蚀速率为70nm/min,GaN/SiO2选择比为3.5∶1,可以应用于实际生产。     

基于纳米压印技术的GaAs纳米柱阵列ICP刻蚀工艺及其光学特性研究

近年来,半导体纳米阵列结构材料因能激发光学共振及其优良的光电性能在光电子器件领域被广泛的应用。本文采用纳米压印技术制备具有一定直径和周期的SiO₂纳米柱作为掩膜层,采用ICP刻蚀制备了GaAs纳米柱阵列,重点研究了不同刻蚀条件处理工艺对纳米柱阵列形貌的影响,与表面无纳米结构的薄膜材料相比,其反射率得到明显的降低且最低约为3%,因此纳米阵列结构能有效的增强光吸收,具有极其优良的光电性能。     

ICP刻蚀损伤对n-GaN-Ni/Au肖特基接触特性的影响

通过电流-电压法(I-V),电容-电压法(C-V)对n-GaN材料的ICP(感应耦合等离子体)刻蚀样品和未刻蚀样品上的肖特基势垒二极管的电学特性进行了分析.利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对刻蚀样品的表面形貌,以及退火前后肖特基接触金属的表面形貌变化进行了研究.试验表明,ICP刻蚀会在GaN表面引入损伤,形成电子陷阱能级从而引起肖特基二极管的势垒高度降低,理想因子增大,反向泄漏电流增大.刻蚀样品在400 ℃热退火可以恢复二极管的电特性,退火温度到600 ℃时二极管特性要好于未刻蚀的样品.     

HVPE生长的高质量GaN纳米柱的光学性能

GaN纳米材料因具有优异的晶体质量和突出的光学性能及发射性能,日益受到关注.研究了一种利用氢化物气相外廷(HVPE)系统生长高质量的GaN纳米柱的方法.使用镍作为催化剂,在蓝宝石衬底上生长出了GaN纳米柱.在不同生长时间和不同HC1体积流量下制备了多组样品,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对样品进行了分析表征.测试结果表明,在较低的HC1体积流量下,生长2 min的样品具有较高的晶体质量和较好的光学性质.讨论了不同生长阶段的GaN纳米结构发光特性的变化规律,认为纳米结构所产生的表面态密度大小差异会造成带边峰位的红移和展宽.     

"自上而下"法制备高性能GaN纳米线阵列

针对自下而上生长GaN纳米线的尺寸、形态、取向不易控制的问题,文中采用自上而下刻蚀的方法来制备GaN纳米线材料。以图形化的金属Ni作为掩膜对GaN进行ICP刻蚀,系统研究了刻蚀参数,主要是ICP功率以及RF功率对GaN纳米线形貌以及拉曼、PL光谱的影响,同时也对比了干法刻蚀后,有无湿法处理的影响。研究发现,当ICP功率为1 000 W,RF功率为100 W时,GaN纳米线的拉曼和PL光谱强度较大,表明此功率下刻蚀的纳米线损伤较小。经过KOH浸泡30 min后,GaN纳米线的形貌得到了改善,拉曼和PL光谱强度均优于单纯的干法刻蚀,为下一步器件的制备提供了良好的材料基础。     

镍纳米岛模板制备氮化镓纳米柱研究

Uniform GaN nanopillar arrays have been successfully fabricated by inductively coupled plasma etching using self-organized nickel nano-islands as the masks on GaN/sapphire. GaN nanopillars with diameters of 350 nm and densities of 2.6 × 10^8 cm^-2 were demonstrated and controlled by the thickness of Ni film and the NH3 annealing time. These GaN nanopillars show improved optical properties and strain change compared to that of GaN film before ICP etching. Such structures with large-area uniformity and high density could provide additional advantages for light emission of light-emitting diodes, quality improvement of ELO regrowth, etc.     

Ultradense GaN nanopillar and nanopore arrays by self-assembly nanopatterning

We report on the details of controlled fabrication of highly crystalline gallium nitride (GaN) two-dimensional highly periodic ultradense nanopore and nanopillar arrays by self-assembly nanopatterning. Nanopore synthesis relies on the use of anodized alumina oxide template as a mask for dry etching of GaN top surface using chlorine gas. The inverse patterning is accomplished by site-selective deposition of metal nanodot array by e-beam evaporation of Ni through the pores of the template; after which the template is removed and dry etching is performed. The formed patterns demonstrate an excellent hexagonal order and uniformity according to fast Fourier transformation performed. The presented approach is robust, highly reproducible, and technically undemanding. Moreover, unreduced crystallinity of the produced nanopillars and nanopores was confirmed with Raman measurements, which suggests their possible use as future substrates for engineering advanced nano-optoelectronic devices and sensors.     

GaN电感耦合等离子体刻蚀的优化和损伤分析

通过分别改变电感耦合等离子体(ICP)刻蚀过程中的ICP功率和DC偏压,对ICP刻蚀GaN材料的工艺条件和损伤情况进行了系统的研究。刻蚀后表面的损伤和形貌通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电子能谱(EDS)、荧光光谱(PL)等技术进行表征和分析。实验结果表明,刻蚀速率随ICP功率和DC偏压的增加而增加;刻蚀损伤与DC偏压成正比,而与ICP功率的关系较为复杂。实验中观测到刻蚀后GaN样品的荧光光谱带边发射峰和黄带发射峰的强度均有明显下降,这意味着刻蚀产生的缺陷中存在非辐射复合中心,并且该非辐射复合中心的密度与DC偏压成正比。为了兼顾高刻蚀速率和低刻蚀损伤,建议使用高ICP功率(450 W)和低DC偏压(300 V)进行ICP刻蚀。     

Cl_2/Ar/BCl_3ICP刻蚀AlGaN的研究

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀在AlGaN基紫外探测器台面制作中起着重要作用。在对比了ICP与RIE,ECR等干法刻蚀技术优缺点的基础上,采用Ni作为掩膜,Cl2/Ar/BCl3作为刻蚀气体,对金属有机化学气相淀积生长的n-Al0.45Ga0.55N进行了ICP刻蚀研究。刻蚀速率随着ICP直流偏压的增加而增加,刻蚀速率随着ICP功率的增加先增加较快后增加缓慢。最后结合刻蚀表面的扫描电镜(SEM)分析和俄歇电子能谱(AES)深度分析对刻蚀结果进行了讨论。分析表明,在满足刻蚀表面形貌的同时,较低的直流偏压下刻蚀速率较慢,但损伤较小,这对于制备高性能的紫外探测器是有利的。     

Cl2/BCl3感应耦合等离子体GaN刻蚀侧壁形貌研究

基于感应耦合等离子体干法刻蚀技术,对采用Cl2/BCl3气体组分下GaN刻蚀后的侧壁形貌进行了研究。扫描电镜(SEM)结果表明,一定刻蚀条件下,刻蚀后GaN侧壁会形成转角与条纹状褶皱形貌。进一步实验,观察到了GaN侧壁转角形貌的形成过程;低偏压功率实验表明,高能离子轰击是GaN侧壁转角与条纹状褶皱形貌形成的原因。刻蚀过程中,掩蔽层光刻胶经过高能离子一段时间轰击后,其边缘首先出现条纹状褶皱形貌,并转移到GaN侧壁上,接着转角形貌亦随之出现并转移到GaN侧壁上。这与已公开发表文献认为的GaN侧壁条纹状褶皱仅由于掩蔽层边缘粗糙所引起而非刻蚀过程中形成的解释不同。     

对GaN薄膜不同腐蚀方法的腐蚀坑的研究

用Thomas Swan公司的MOCVD系统在蓝宝石(0001)面上生长了高质量的GaN薄膜.采用多种化学腐蚀方法,如熔融KOH,H3PO4与H2SO4混合酸和HCl气相腐蚀法,利用SEM及TEM技术对GaN薄膜中的位错进行了研究.SEM显示在GaN薄膜相同位置处,不同腐蚀法所得的腐蚀坑的形态和密度有明显差别.结果表明HCl气相腐蚀可以显示纯螺位错、纯刃位错和混合位错;H3PO4与H2SO4混合酸腐蚀可以显示纯螺位错和混合位错;而熔融KOH腐蚀仅能显示纯螺位错.