多孔GaN的结构和光学特性

摘要

本文报道了铂辅助化学化学蚀刻制备的多孔氮化镓的结构和光学性能。扫描电镜图像显示，孔隙的密度随着蚀刻时间的增加而增加，而蚀刻时间对孔隙的大小和形状没有显著影响。原子力显微镜测量结果表明，表面粗糙度随着蚀刻时间的延长而增加；然而，由于蚀刻时间较长，表面粗糙度的增加变得不显著。拉曼光谱结果表明，在一些多孔样品中，没有两种禁止模式，即A1(TO)和E1(TO)。光传输测量表明，孔隙密度的增加会导致光传输的减少。研究表明，氮化镓的结构和光学性能可能受到孔隙率的影响。
 

实验结果和讨论

图1显示了不同蚀刻时间下多孔氮化镓样品的AFM测量结果。15、30、60和90min样品的均方根(RMS)表面粗糙度分别为5.7、7.1、15.8、30.8和32.9nm。从AFM测量中，我们注意到样品的均质根时间随着蚀刻时间的延长而增加。RMS的增加与从15min到60min的蚀刻时间成正比，但在60min，即90min后，RMS的进一步增加不显著。扫描电镜图像可以进一步支持这些观察结果，如图所示。表面形态随蚀刻时间逐渐改变，15分钟的蚀刻样品，无孔隙形成脊和谷，30分钟的蚀刻会加深蚀刻区，随着孔隙密度的增加进一步增加，但蚀刻时间为90min，蚀刻过程似乎达到饱和阶段，SEM和AFM测量显示，孔隙密度和表面粗糙度变化不大。

图1.在不同时间下蚀刻的多孔氮化镓样品的AFM显微图显示了不同的表面形貌。(a) 15 min，(b)30min，(c)60min和(d）90min
 

图2显示了拉曼光谱。在多孔样品中，60分钟和90分钟的E2峰样品相对于生长样品的频率略有变化，这表明在60分钟和90分钟的样品中发生了应力松弛，在这两个样品中可以发现高密度的孔隙。另一方面，在多孔15和30分钟样品中，E2峰没有变化，这可能是由于15分钟样品中没有孔隙形成，而在30分钟样品中，虽然在山谷中发现了孔隙；但与60和90分钟样品相比，孔隙密度相对较低。
 

图2.不同样品在不同持续时间下蚀刻的拉曼光谱
 

图3显示了样品的光学透射光谱，可以注意到，对于较高的波长(λN370nm)，随着蚀刻时间的延长，氮化镓样品的透射（%）逐渐减少。图3中60和90分钟蚀刻样品的曲线，被发现是相似的（相互重叠）。传输的逐渐减少可能归因于化学处理的氮化镓样品的孔隙密度的变化。显然，随着孔隙密度的增加，光子透射率越低。在图3中观察到生长和15分钟样品的传输曲线急剧下降。然而，在高孔隙密度的多孔样品(60min和90min)中，没有发现这种急剧的下降曲线。对于所有的样品，传输开始从373nm下降，并在大约363.0到364.5nm处接近零传输。对于生长的样品，与其他样品相比，拦截点具有较低的波长。

图3.样品的光学透射光谱，插图显示了扩大
 

结论

总之，各种工具已被用于表征多孔氮化镓样品。扫描电镜图像显示，孔隙的密度随着蚀刻时间的增加而增加，但蚀刻时间对孔隙的大小和形状没有显著影响。AFM测量结果表明，表面粗糙度随着蚀刻时间的增加而增加；然而，长时间蚀刻时间的RMS没有显著增加。拉曼光谱显示，e2向低频率的变化仅在孔隙密度高的样品中发现。另一方面，在一些多孔样品中，在生长样品中没有两种禁止的E1（TO)和A1(TO)模式。OT测量结果显示，光透射量随光量的增加而逐渐减少孔密度。研究表明，氮化镓薄膜的孔隙率会影响材料的结构和光学性能。