Широкозонный полупроводник GaN, как и другие N(III)-полупроводники, привлекает внимание многих исследователей ввиду возможности создания на их синих, зеленых, ультрафиолетовых (УФ) светоизлучающих диодов (LED) и синих лазеров. К тому же создание различных наноструктур на поверхности таких диодов может существенно увеличить их характеристики за счет квантовых ограничений и эффектов напряжений. Ученые из Китая предложили новый метод создания нанопроводов InGaN/GaN на LED. При этом они объединили два метода – ионное травление с помощью индуктивно связанной плазмы (inductively coupled plasma-reactive ion etching, ICO-RIE) и фотоусиленное химическое жидкостное травление (photo-enhanced chemical, PEC, wet oxidation).
Образцы светоизлучающих диодов на основе GaN были сделаны с помощью металлорганического химического осаждения из паровой фазы (metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD) в с-ориентации на сапфировой подложке (см. рис. 1). Они состояли из буферного слоя GaN толщиной 50 нм, высокопроводящего слоя GaN, допированного кремнием, толщиной в 3 мкм, пяти слоев In0.21Ga0.79N/GaN MQW (multiple quantum wells - множественные квантовые ямы) толщиной в 3/7 нм, 50 нм слоя AlGaN, легированного магнием, и, наконец, 0.25 мкм слоя GaN, также легированного магнием. Из этих образцов были получены диоды с нанопроводами как с помощью PEC - окисления, так и без него. На рис. 2 показаны размеры и плотность упорядоченных никелиевых островков на поверхности p-GaN, приблизительные значения которых – 200 нм и 3·109 см-2 соответственно. Плотность InGaN/GaN получилась порядка 3·109 см-2. Приблизительный диаметр нанопроводов составляет 140 нм, глубина травления – 0.5 мкм (рис. 3). На фотографии (рис. 4) изображены нанопровода InGaN/GaN после PEC окисления: на левой части фотографии показаны «PEC-окисленные» нанопровода, на правой – та же поверхность, но после ICP-RIE травления. Таким образом при PEC окислении диаметр нанопроводов получился около 140 нм, и без такого окисления – 155 нм. Элементный анализ показал большое количество кислорода, что, по мнению авторов, говорит о появлении тонкого слоя Ga2O3 во время PEC окисления. Было замечено, что при удалении оксида галлия диаметр нанопроводов уменьшается до 90 нм.
Смещение пика фотолюминесценции в сторону фиолетовой области спектра, наблюдаемое для образцов, полученных без PEC окисления, составило 8.6 нм, а для окисленных – 3.8 нм. Измерения показали высокие значения интенсивности фотолюминесценции для окисленных образцов (в 5-6 раз больше, чем для диодов без нанопроводов), а для «нанопроводковых» диодов было обнаружено 10.5 нм смещение пика электролюминесценции в сторону фиолетовой области по сравнению с обычными диодами. Таким образом, PEC окисление способствует не только формированию слоя изолятора на каждом нанопроводе, но так же уменьшает их диаметр, усиливая эффект релаксации напряжений.
