北京大學(xué)王新強教授團隊研究報告了一種4英寸無裂紋高功率UVC-LED晶圓的制備，這一成就依賴于一種提出的應(yīng)變調(diào)控策略，即在高溫退火（HTA）-AlN模板上的AlN同質(zhì)外延過程中引入三維到二維（3D-2D）過渡層，成功地將原始的壓應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)變，從而解決了實現(xiàn)具有平坦表面的高質(zhì)量AlGaN層的挑戰(zhàn)。今天小編為大家分享該研究成果，希望對您的科學(xué)研究或工業(yè)生產(chǎn)帶來一些靈感和啟發(fā)。
應(yīng)用方向：AIN，4英寸，高溫退火，UVC-LED，應(yīng)變調(diào)制
研究背景與目的
隨著COVID-19疫情的爆發(fā)，全球?qū)τ谧贤饩€C（UVC）發(fā)光二極管（LED）的需求急劇增加，因其在病原體滅活方面，特別是在抗擊COVID-19中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。然而，目前UVC-LED的外延晶圓尺寸僅限于2英寸，這大大增加了大規(guī)模生產(chǎn)的成本。
北京大學(xué)王新強教授團隊通過應(yīng)變調(diào)控策略，即在4英寸高晶體質(zhì)量HTA-AlN模板上引入3D-2D過渡層，成功地將原始的壓應(yīng)變調(diào)整為拉應(yīng)變，而不犧牲外延過程中的晶體質(zhì)量。這項工作將通過利用低成本的4英寸HTA-AlN模板促進UVC-LED的普及，特別是考慮到其與當前基于GaN的藍光LED工藝的兼容性。該工作以“Drive high power UVC-LED wafer into low-cost 4-inch era: effect of strain modulation”為題發(fā)表在著名期刊ADVANCED FUNCTIonAL MATERIALS上。
研究方法概述
研究者通過物理氣相沉積（PVD）沉積的500納米厚AlN薄膜的外部高溫再結(jié)晶過程進行4英寸高質(zhì)量AlN模板的制備。為了比較，通過金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）在NPSS上生長了具有孔型圖案的4英寸AlN模板（AlN/NPSS），并通過執(zhí)行ELOG技術(shù)。在UVC-LED外延之前，在兩種AlN模板上通過MOCVD同質(zhì)外延生長了200納米厚的AlN再生長層，以確保后續(xù)UVC-LED外延的新鮮表面。
圖1.(Color onine)a)AIN/NPSS,B)AIN/平坦藍寶石襯底，c)HTA-AIN模板制備方案，呈現(xiàn)不同類型的內(nèi)應(yīng)力;d )AIN/NPSS和e)HTA-AIN(105)面RSM的X射線行射。無應(yīng)變(105)面AIN的衍射峰為星形。
圖2.HTA AIN上的UVC-LED晶片的光學(xué)顯微鏡圖像a)沒有和c)具有3D-2D過渡層。在AIN再生長后的HTA-AIN的原子力顯微鏡圖像b)沒有和d)具有3D-2D過渡層。在HTA-AIN模板上的UVC-LED結(jié)構(gòu)的X射線(105)面RSM e)沒有和 f)具有3D-2D過渡層。行射圖案加寬通常被認為是AIGaN層質(zhì)量的獨特參考。從n-AIGaN和AIN RSM的峰位置，弛豫比計算為30%和9%，在沒有和h)具有3D-2D過渡層的HTA-AIN上生長的UVC-LED的原位405nm反射率曲線。UVC-LED外延中相應(yīng)的不同階段用虛線標記：區(qū)域I(AIN再生長)、區(qū)域II(AIGaN緩沖層)、區(qū)域III(n-AIGaN層)和區(qū)域IV(MQW和p型區(qū)域)。
圖3.(彩色在線)a)示意圖和b)HTA-AIN上3D-2D過渡層生長過程的相應(yīng)原位405 nm反射率曲線。紅色虛線是眼睛捕捉反射率曲線的平均強度趨勢的指引。c)應(yīng)變剪裁HTA-AIN模板的X射線(105)面響應(yīng)面。應(yīng)變變化的痕跡由白色虛線箭頭標記。
圖4.(彩色在線)a)在4英寸應(yīng)變改性HTA-AIN模板上通過MOCVD制備的UVC-LED結(jié)構(gòu)的示意圖；b)UVC-LED以及MQW區(qū)域的HAADFSTEM圖像，觀察到5周期MQW區(qū)域由2 nm厚的AIGaN威爾斯阱和11 nm厚的AIGaN勢壘組成；c)薄層電阻映射(單位:Ω/sq)，d)PL波長映射(單位:nm)和e)應(yīng)變定制的HTA-AIN模板上的4英寸UVC-LED晶片的EL的照片;f)HTA-AIN模板上的倒裝芯片UVC-LED的波長相關(guān)EL和g)作為電流的函數(shù)的輸出功率。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202112111?af=R