紫外LED用4英寸低成本高品质AlN模版

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项目简介

  高品质AlN模板层通常需要较高的生长温度(大多高于1200℃),大多数工业级MOCVD设备难以长时间维持高温生长高品质AlN。因此,开拓溅射方法生长高质量AlN的新技术路线,继而应用于紫外发光二极管(LED)研制,可大大减小外延片在MOCVD设备中的生长温度、时间和复杂性,有望在大型工业化设备中制备。在4英寸蓝宝石衬底上实现高品质AlN材料可以解决当前国际AlN材料仅仅生长在2英寸蓝宝石衬底或者AlN单晶衬底上的问题,是相关器件产业化急需突破的关键。

  本项目利用高温退火工艺处理蓝宝石衬底上溅射AlN薄膜,获得了高质量4英寸AlN模版,XRD摇摆曲线(002)和(102)半高全宽在样品中心处分别为90和329 arcsec、在样品边缘处分别为98和324 arcsec,样品中心和边缘处的粗糙度分别为0.956和0.983 nm,达到与MOCVD AlN材料的晶体质量相媲美的水平。在该4英寸AlN模版上外延生长紫外LED全结构,实现280 nm的电致发光,发光强度与2英寸MOCVD AlN模板上紫外LED的近似相等。

  鉴于非极性和半极性AlN在LED器件中的潜在优势,该项目已开展在2英寸蓝宝石衬底上溅射非/半极性AlN薄膜的高温退火研究,获得初步结果:采用高温退火技术,非极性AlN (11-20)面的XRD沿AlN [0001]/[1-100]晶向的半高宽从1.737°/1.817°减小到0.353°/0.386°,半极性AlN (11-22)面的XRD沿AlN [11-23]/[1-100]晶向的半高宽从0.848°/1.156°减小到0.186°/0.243°。退火后溅射AlN的结晶质量可与MOCVD AlN相比拟。

应用领域

  AlGaN基紫外LED在杀菌消毒、化学分析、生物科技、光固化、非视距通讯等领域具有巨大市场价值和广阔应用前景,有调查指出其市场总额已高达上亿美元。在杀菌消毒方面,紫外线可以破坏微生物的脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)分子结构,使细菌死亡或不能繁殖。在光通信方面,紫外光通信主要是以大气散射和吸收为基础,具有系统抗干扰能力强、全天候工作、数据传输保密性高、可用于非视距通信等优点,是短距离、保密性常规通信的一种重要补充。与传统紫外光源如汞灯、准分子激光器等相比,紫外LED具有小巧便携、绿色环保、波长易调谐、功耗小等诸多优点,随着技术的不断进步,紫外LED的市场占有率在逐年上升,成为未来紫外光源的主流。

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