GaN微纳结构及其光电子器件研究

氮化物半导体具有宽禁带、可调，高光电转化效率等优点，在紫外传感器，功率器件，射频电子器件，LED照明、显示、深紫外杀菌消毒、激光器、存储等领域具有广阔的应用前景，被认为是有前途的发光材料。

GaN作为一种性能优越的宽禁带半导体材料，它在紫外探测领域有着重要的研究意义和应用价值。GaN微纳结构与体材料相比拥有更大的比表面积，较低的载流子散射，不仅有利于研究紫外探测物理机制，也是制备低维、高性能紫外探测器的理想结构。

在近期召开的第九届国际第三代半导体论坛（IFWS）&第二十届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）的“氮化物半导体固态紫外技术”分会上，华南师范大学研究员王幸福做了题为“GaN微纳结构及其光电子器件研究”的主题报告。

GaN微纳米器件涉及纳米线阵列LED、纳米线柔性LED、纳米线激光器、纳米线集成光波导等，由于难以实现纳米尺寸、空间密度、形貌、结构等的有效控制，限制了纳米材料和器件的发展和应用。

报告介绍一种新型GaN微纳结构的制备方法、光电特性及其紫外探测器件。研究利用Si图形衬底侧向外延和电化学剥离在异质衬底上制备有序GaN微纳阵列结构，该结构具有优异的光场约束和载流子限域作用，该纳米线具有较低的非辐射复合率和较高的辐射复合率，表明转移后的纳米线存在更少的缺陷。

基于所获得的高质量氮化镓阵列，制备了低暗电流、高光电流的高性能紫外探测器。器件较低的暗电流归因于表面的电子耗尽和肖特基势垒的电子阻碍作用，而光照时由于光电子隧穿的作用，展现出超高的欧姆类型的光电流。这种极低的肖特基类型暗电流与高的欧姆类型光电流，体现了电子发射从TE模式向TFE模式的转变。GaN微纳紫外探测器克服了常规GaN探测器中紫外吸收率低、量子效率低、响应度低等限制，为新型低功耗高性能紫外探测器的实现提供了新思路。

 

报告中详细分享了选区侧向外延制备GaN微纳阵列、电化学剥离制备GaN微纳结构等的研究成果与研究进展。其中，选区侧向外延制备GaN微纳阵列涉及选区侧向外延、外延位错弯曲、单根微米线紫外探测、阵列微米线紫外探测、AlN 表面钝化、芯片封装内容。电化学剥离制备GaN微纳结构涉及PIN结构 vs·微纳米阵列结构器件、电化学剥离、外延结构设计、电化学选择性腐蚀原理、自支撑微米线阵列、微纳米阵列紫外探测、N极性面强表面电势等。报告指出，钝化GaN表面缺陷，利于提高器件光电性能；原位AlN钝化层，提高金属-半导体接触势垒，抑制暗电流＜1E-9；电化学剥离后，具有更优异的弱光响应能力；微纳米阵列器件具有更好的线性特性，耐压更高。

审核编辑：刘清