不一樣的GaN:提高光電性能的新方法

材料牛注：一組來自摩爾多瓦、澳大利亞、英國和德國的研究人員發現了一種新的方法來改善氮化鎵的電學和光學性質。

氮化鎵材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景。

研究人員發現了一種新的方法來改善氮化鎵的電學和光學性質。通過一種名叫氫化物氣相外延的技術，研究人員可將材料進行光電化學刻蝕達到目的。氮化鎵是一種寬禁帶半導體復合物，在半導體的地位僅次于硅。它廣泛應用于現代固態照明、高溫高能電子工業。

氮化鎵在室溫下的能帶隙為3.4eV，在發光二極管的發展過程中占有舉足輕重的地位。現如今，它被用來制造手機和電視的背照式液晶顯示器。原料為氮化鎵的藍光和紫外光LED也經常被用來制造DVD，這種LED的短波可以讓DVD有更高的數據儲存密度。

氮化鎵材料最大的優勢是其即使遭受到大形變，有時超過10¹⁰/cm² ，材料還能夠發射強光，這一性質讓它在其他的III-V族化合物，如砷化鎵、磷化鎵和磷化銦中脫穎而出。Isamu Akasaki, Hiroshi Amano和 Shuji Nakamura獲得了2014年的諾貝爾物理學獎，這歸功于上世紀九十年代他們發現了氮化鎵不同于其他材料的特性并且制造出了氮化鎵基藍光LED。

彩色復合陰極發光圖像

為了能夠發展更高亮度的LED，研究人員需要制備質量更好的單晶氮化鎵基片。在過去的十年里，很多好的制備技術得到了發展，包括氨熱法和氫化物氣相外延法（HVPE法）。盡管前者考慮到了氮化鎵薄片在一英尺直徑內的生長過程，但是其低生長速率（大約50μm/天）使得它很難被商用化。使用HVPE法，可以獲得很高的生長速率（高達500μm/時），但是用這種方法生產的樣品通常晶體的質量很低，除了會產生穿線位錯外，通過HVPE法制備的氮化鎵可能會包含V型缺陷或者毫米級別的表面凹陷。

現在，一組由lon Tiginyanu領導的來自摩爾多瓦州立大學的研究人員發現通過采用光電化學刻蝕法處理用HVPE法制備的氮化鎵，可以在氮化鎵上可以生成六邊形同軸心結構。這些不同結晶方向上形成的結構覆蓋了V型缺陷或者表面凹陷，大大的改善了晶體的質量，提高了材料的電性能和光學性能。

“我們的電化學腐蝕合成技術是一種設計氮化鎵的三維結構強有力的工具，為氮化鎵在光學、生物領域的應用提供了廣闊的前景。”lon Tiginyanu說道。

該研究成果已發表在ECS Journal of Solid State Science and Technology。

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感謝材料人編輯部封蕾提供素材。