[发明专利]用于GaN装置的基于导电性的选择性蚀刻和其应用

说明书

关于联邦资助研究与发展的声明

在本发明的开发期间所执行的工作的一部分是根据由美国能源部(U.S.Department of Energy)授予的许可号DE-FC26-07NT43227、DE-FG0207ER46387和DE-SC0001134利用美国政府基金(U.S.Government funds)实施。美国政府对本发明拥有某些权利。

技术领域

本发明涉及处理基于GaN的半导体材料和由其形成装置的领域。

背景技术

在半导体处理领域，已对多孔硅材料关于其有益的光学和机械性质的发展给予相当多的关注。多孔硅通常是使用湿式电化学蚀刻工艺生成。

另一种特别感兴趣的材料是GaN。GaN装置在显示器、数据存储和照明应用中的重要性已经明确地建立。在过去二十年，已经在深度探索GaN的外延生长，但仍在寻找灵活的湿式蚀刻程序。

发明内容

本发明涉及用于生成纳米多孔NP GaN的方法。本发明的一种方法包含：将GaN暴露于电解质，将GaN耦合到电源的一个端子并将浸于电解质中的电极耦合到电源的另一个端子，以由此形成电路；并激励电路以增加GaN的至少一部分的孔隙率。因此，产生可用于许多基于半导体的电子和光学应用中的具有可调谐光学和机械性质的材料。还提供多种方法来控制GaN的孔隙率以生成有用的光学结构，例如具有增强的光提取性质的分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector)、法布里-珀珞滤光片(Fabry-Perot optical filter)和发光二极管。还提供使用NP GaN衬底的装置制造方法和用于将NP GaN层和装置分离的方法。最后，提供用于从NP GaN生成纳米晶体的方法和用于生成NP GaN电极用于电解、水分解或光合过程应用的方法。

下文参照随附图式详细阐述其它特征和优点以及各个实施例的结构和操作。应注意，本发明并不限于本文所阐述的特定实施例。所述实施例仅出于说明性的目的而呈现于本文中。额外实施例对于所属领域的技术人员基于本文所包含的教示将显而易见。

附图说明

随附图式并入本发明中且形成说明书的一部分，其图解说明本发明且与说明书一起进一步用以解释本发明的原理并使得所属领域的技术人员能够制造和使用本发明。

图1是根据本发明的实施例GaN电化学(EC)蚀刻工艺的图解说明。

图2是根据本发明的实施例所观察到的EC工艺的相图的图解说明。

图3a到图3d图解说明根据本发明的实施例从EC工艺所产生的NP GaN的SEM显微照片。

图4a和图4b图解说明根据本发明的实施例在EC工艺期间反复地从低电压切换到高电压所产生的多层NP GaN结构。

图5a和图5b图解说明根据本发明的实施例从EC工艺中所用的多层掺杂轮廓产生的另一多层NP GaN结构。

图6a和图6b图解说明根据本发明的实施例从EC工艺产生的更复杂的多层NP GaN结构。

图7图解说明根据本发明的实施例在NP GaN上再生长GaN的工艺。

图8a到图8c图解说明根据本发明的实施例具有包埋NP GaN层的LED装置的增强的光提取的原理。

图9a到图9c图解说明根据本发明的实施例制造的具有包埋NP GaN层的LED装置结构。

图10a到图10h图解说明根据本发明的实施例用于将NP GaN连续结晶层与体衬底分离的两种方法。

图11a到图11c图解说明根据本发明的实施例在电解质中连续结晶层与体衬底的完全分离。

图12a到图12d图解说明平面SEM图像：(a)在NP GaN隔膜从衬底断裂处，(b)NP GaN隔膜的表面，(c)所暴露下伏GaN的表面，和(d)从独立式GaN隔膜的边缘的斜视图。这些材料是根据本发明的实施例生成。

图13是根据本发明的实施例制造垂直薄膜装置和再循环/回收GaN和其它衬底的途径的示意图。

图14a到图14e图解说明根据本发明的实施例用于制作GaN纳米晶体的第一种工艺。

图15a到图15c图解说明根据本发明的实施例：(a)个别GaN纳米晶体的高分辨率TEM图像，(b)来自GaN纳米晶体聚集的GaN微粒，和(c)GaN纳米晶体的光致发光和吸光度测量。

图16a和图16b图解说明根据本发明的实施例用于制作包括NP隔膜的GaN纳米晶体的第二种工艺。