不一样的GaN:提高光电性能的新方法

材料牛注：一组来自摩尔多瓦、澳大利亚、英国和德国的研究人员发现了一种新的方法来改善氮化镓的电学和光学性质。

氮化镓材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

研究人员发现了一种新的方法来改善氮化镓的电学和光学性质。通过一种名叫氢化物气相外延的技术，研究人员可将材料进行光电化学刻蚀达到目的。氮化镓是一种宽禁带半导体复合物，在半导体的地位仅次于硅。它广泛应用于现代固态照明、高温高能电子工业。

氮化镓在室温下的能带隙为3.4eV，在发光二极管的发展过程中占有举足轻重的地位。现如今，它被用来制造手机和电视的背照式液晶显示器。原料为氮化镓的蓝光和紫外光LED也经常被用来制造DVD，这种LED的短波可以让DVD有更高的数据储存密度。

氮化镓材料最大的优势是其即使遭受到大形变，有时超过10¹⁰/cm² ，材料还能够发射强光，这一性质让它在其他的III-V族化合物，如砷化镓、磷化镓和磷化铟中脱颖而出。Isamu Akasaki, Hiroshi Amano和 Shuji Nakamura获得了2014年的诺贝尔物理学奖，这归功于上世纪九十年代他们发现了氮化镓不同于其他材料的特性并且制造出了氮化镓基蓝光LED。

彩色复合阴极发光图像

为了能够发展更高亮度的LED，研究人员需要制备质量更好的单晶氮化镓基片。在过去的十年里，很多好的制备技术得到了发展，包括氨热法和氢化物气相外延法（HVPE法）。尽管前者考虑到了氮化镓薄片在一英尺直径内的生长过程，但是其低生长速率（大约50µm/天）使得它很难被商用化。使用HVPE法，可以获得很高的生长速率（高达500µm/时），但是用这种方法生产的样品通常晶体的质量很低，除了会产生穿线位错外，通过HVPE法制备的氮化镓可能会包含V型缺陷或者毫米级别的表面凹陷。

现在，一组由lon Tiginyanu领导的来自摩尔多瓦州立大学的研究人员发现通过采用光电化学刻蚀法处理用HVPE法制备的氮化镓，可以在氮化镓上可以生成六边形同轴心结构。这些不同结晶方向上形成的结构覆盖了V型缺陷或者表面凹陷，大大的改善了晶体的质量，提高了材料的电性能和光学性能。

“我们的电化学腐蚀合成技术是一种设计氮化镓的三维结构强有力的工具，为氮化镓在光学、生物领域的应用提供了广阔的前景。”lon Tiginyanu说道。

该研究成果已发表在ECS Journal of Solid State Science and Technology。

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感谢材料人编辑部封蕾提供素材。