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文章：不同电解质对多孔氮化镓的影响 编号：JFKJ-21-825 作者：炬丰科技 关键词:电解质；光电化学蚀刻；多孔性 摘要 本文报道了氮化镓在使用四种不同电解质的光电化学蚀刻过程中的性质和行为。测量结果表明，孔隙率强烈依赖于电解质，并高度影响蚀刻样品的表面形态，这已被扫描电子显微镜(SEM)图像揭示。多孔氮化镓样品的光致发光(PL)光谱的峰值强度被观察到增强，并强烈依赖于电解质。在样品中，峰位置差异较小，说明孔隙率的变化对PL峰位移的影响较大，而对峰强度的影响很大。四种多孔氮化镓在不同溶液下的拉曼光谱表现为声子模式E2（高）、A1(LO)、A1(TO)和E2（低）。在所有样品中，e2都有红移（高），表明多孔氮化镓表面相对于下面的单晶外延氮化镓的应力松弛。在H2SO4：H2O2和氢氧化钾中蚀刻的样品强度较高，然后在HF：硝酸和HF中蚀刻的样品的拉曼和PL强度较高。 介绍 在过去的几十年中，纳米晶体半导体由于其相对于大块晶体的物理性质而被广泛研究。高表面积、带隙位移和高效发光使多孔半导体成为一种具有广泛应用前景的材料；从光电子学到化学和生化传感器。最近，许多工作针对在多孔衬底上沉积半导体层，因为需要更强大和复杂的器件应用。使用多孔半导体作为沉积半导体层的衬底的原因之一是纳米图案化的多孔结构可以降低扩展的缺陷密度。人们对多孔半导体的兴趣源于这样一个事实，即它们可以充当穿透位错和适应应变的阱。因此，它们被广泛用作外延生长中的缓冲层或中间层，以获得具有较小应变和位错密度的后续层。 在本工作中，我们报道了在光电化学蚀刻中使用不同电解质的氮化镓在蚀刻过程中的性质和行为，旨在寻找适合蚀刻氮化镓的有效电解质。在目前的工作中，我们使用较低功率的紫外灯(∨4W)和较低的电流密度(5mA/cm2)来增加对电解质类型的电化学蚀刻。因此，我们选择了四种不同的溶液HF:C2H5OH，HF:HNO3，KOH和H2SO4:H2O2。 实验步骤 我们使用了四种不同的溶液来生产多孔氮化镓。第一种电解质是氟化氢水溶液和无水乙醇(体积比为1∶4)的混合物，其酸碱度为4.3.第二种电解质是氢氟酸溶液和硝酸(1:4)的混合物，其酸碱度为1.66.第三种溶液是pH值为14的氢氧化钾，第四种电解质是硫酸的混合物H2SO4和H2O2 (3:1)，pH值为4.5。在电化学蚀刻过程中，我们使用恒定电流密度J =5mA/cm2持续20min(由Keithley 220可编程电流源提供)和低功率UV灯(∨4W)。蚀刻后，样品在去离子水中漂洗并在环境空气中干燥。 用扫描电子显微镜研究了样品的表面形貌。光致发光和拉曼散射研究了薄膜的光学质量。光致发光和拉曼光谱测量是在室温下使用若宾芮伟航HR800UV紫外系统进行的，即。集成共焦显微光致发光和拉曼光谱仪。氦-镉激光器(325纳米)和氩离子激光器(514.5纳米)分别用作光致发光和拉曼测量的激发源。两次测量的入射激光功率均为20mW。 结果和讨论 氮化镓的光电化学刻蚀机理：当氮化镓样品浸入电解液中时，氮化镓电极-电解液界面能带图类似于半导体-金属界面。因此形成了肖特基接触。当反向偏压施加到n-氮化镓表面时，能带向下弯曲，并形成空穴势阱，这耗尽了氮化镓表面的电子。如果样品被300K的氮化镓带隙以上的光子能量照射，半导体中会产生电子-空穴对。表面附近空间电荷区产生的电子和空穴通过两种机制传输；电场影响下的漂移和载流子浓度梯度引起的扩散。由于能带弯曲，扫描光生空穴被限制在电解质、半导体界面。 孔隙率和表面形态：图1显示了多孔氮化镓样品的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。图。1(a)显示了随机形成，这表明HF:C2H5OH (1:4)和GaN之间的缓慢反应，这通过约13%的低测量孔隙率得到证实。图。1(b)显示了新的珊瑚状孔隙形态，这可能是由于HF:HNO3 (1:4)中存在氨，这在InP中已有报道[34，36]。图。1(c)显示了KOH对GaN的高度影响，样品在某个地方显示出一些大孔，而在其他地方没有其他孔。这可以从原理上理解，假设雪崩击穿从最薄弱的点开始，随后大部分电流将被吸入该点。图。1(d)表明H2SO4:H2O2产生高相互作用，产生具有一些结晶网络元素的均匀多孔和高孔隙率。在GaP [37]和GaAs [38]中也观察到类似的特征。 光致发光 略 拉曼分析：图3显示了来自不同电解质的多孔GaN的室温拉曼光谱，在z (x，非极化)z中测量，其中x是平面方向(垂直于六方晶体的c轴)。在这种配置下，E1 (TO)是被禁止的，这解释了它的不存在。光谱显示声子模式E2(高)和A1(低)以及A1(高)和E2(低)的相对小的峰[42]。而A1(t0)和E2 (low)在生长样品的拉曼光谱中不存在。多孔样品中这两个峰的存在表明多孔样品的光学性质发生了变化，这可能归因于薄膜中的晶体无序 。 所有观测模态的频率与其他研究者的结果一致 。在不同电解质中蚀刻的氮化镓样品的声子峰位置、强度和峰位移总结在表2中。与生长时相比，3B显示所有样品的E2(高)拉曼光谱发生红移，表明样品中发生了应力松弛。
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