Epitassia quasi-van der Waals di AlN, assistita dal grafene sul substrato di zaffiro nano-modello per diodi ultravioletti che emettono luce
Summary
Viene presentato un protocollo per la crescita assistita dal grafene di pellicole AlN di alta qualità su substrato di zaffiro nanomodellato.
Abstract
Questo protocollo dimostra un metodo per la rapida crescita assistita dal grafene e la coalescenza dell’AlN sul substrato di zaffiro nano-pattened (NPSS). Gli strati di grafene vengono coltivati direttamente su NPSS utilizzando la deposizione di vapore chimico a pressione atmosferica senza catalizzatori (APCVD). Applicando il trattamento al plasma RIE (nitrogen reactive ion ion etching), vengono introdotti difetti nella pellicola di grafene per migliorare la reattività chimica. Durante la deposizione di vapore chimico-organico (MOCVD) di AlN, questo buffer di grafene trattato con N-plasma consente una rapida crescita di AlN, e la coalescenza su NPSS è confermata dalla microscopia elettronica a scansione trasversale (SEM). L’alta qualità di AlN sul grafene-NPSS viene quindi valutata da curve a dondolo a raggi X (XRC) con stretta (0002) e (10-12) larghezza completa a metà massima (FWHM) rispettivamente 267,2 arcosec e 503,4 arcosec. Rispetto a NPSS nuda, la crescita alN sul grafene-NPSS mostra una significativa riduzione della sollecitazione residua da 0,87 GPa a 0,25 Gpa, sulla base delle misurazioni Raman. Seguito dalla crescita di più pozzi quantici (MQWS) di AlGaN sul grafene-NPSS, vengono fabbricati diodi leggeri ultravioletti (DUV LED) basati su AlGaN. I DUV-LED fabbricati dimostrano anche prestazioni evidenti e migliorate della luminescenza. Questo lavoro fornisce una nuova soluzione per la crescita di AlN di alta qualità e la fabbricazione di DUV-LED ad alte prestazioni utilizzando un processo più breve e meno costi.
Introduction
AlN e AlGaN sono i materiali più essenziali nei DUV-LEDs1,2, che sono stati ampiamente utilizzati in vari campi come la sterilizzazione, la polimerizzazione, il rilevamento biochimico, la comunicazione non-line-of-sight e l’illuminazione speciale3. A causa della mancanza di substrati intrinseci, alN eteroepitaxy su substrati zaffiro da MOCVD è diventato il percorso tecnico più comune4. Tuttavia, la grande mancata corrispondenza del reticolo tra AlN e substrato di zaffiro porta all’accumulo di stress5,6, lussazioni ad alta densità e difetti di impilamento7. Pertanto, l’efficienza quantistica interna dei LED è ridottadi 8. Negli ultimi decenni, l’uso di zaffiro modellato come substrati (PSS) per indurre la crescita eccessiva laterale epitassiale (ELO) di AlN è stato proposto per risolvere questo problema. Inoltre, sono stati fatti grandi progressi nella crescita dei modelli AlN9,10,11. Tuttavia, con un coefficiente di adesione ad alta superficie e un’energia di legame (2,88 eV per AlN), gli atomi di Al hanno una bassa mobilità atomica della superficie, e la crescita di AlN tende ad avere una modalità di crescita dell’isola tridimensionale12. Così, la crescita epitassiale delle pellicole AlN su NPSS è difficile e richiede uno spessore di coalescenza più elevato (oltre 3 m) rispetto a quello sui substrati di zaffiro piatto, che causa tempi di crescita più lunghi e richiede costi elevati9.
Recentemente, il grafene mostra un grande potenziale per l’uso come strato2 cuscinetto per la crescita di AlN grazie alla sua disposizione esagonale di atomi di carbonio ibridi13. Inoltre, l’epitaxy quasi-van der Waals (QvdWE) dell’AlN sul grafene può ridurre l’effetto di disallineamento e ha aperto una nuova strada per la crescita di AlN14,15. Per aumentare la reattività chimica del grafene, Chen ealtri hanno usato il grafene trattato N2 -plasmacome strato tampone e ha determinato il QvdWE delle pellicole AlN e GaN di alta qualità8, il che dimostra l’utilizzo del grafene come strato tampone.
Combinando la tecnica del grafene trattata con n2con substrati NPSS, questo protocollo presenta un nuovo metodo per una rapida crescita e coalescenza di AlN su un substrato grafene-NPSS. Lo spessore completamente coalesce dell’AlN sul grafene-NPSS è confermato essere inferiore a 1 m, e gli strati epitassiali di AlN sono di alta qualità e di rilascio di stress. Questo metodo apre un nuovo modo per la produzione di massa di modelli AlN e mostra un grande potenziale nell’applicazione dei DUV-LED basati su AlGaN.
Protocol
Representative Results
Discussion
Come illustrato nella Figura 1A, il NPSS preparato dalla tecnica NIL illustra i modelli di cono nanoconcavo con 400 nm di profondità, un periodo di modello di 1 m e una larghezza di 300 nm delle regioni non inetche. Dopo la crescita APCVD dello strato di grafene, il grafene-NPSS è mostrato nella Figura 1B. Il significativo aumento del picco D del grafene trattato con N plasma negli spettri Raman Figura 1</…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dal National Key R&D Program of China (n. 2018YFB0406703), dalla National Natural Science Foundation of China (n. 61474109, 61527814, 11474274, 61427901), dalla Beijing Natural Science Foundation (No. 4182063)
Materials
| Acetone,99.5% | Bei Jing Tong Guang Fine Chemicals company | 1090 | |
| APCVD | Linderberg | Blue M | |
| EB | AST | Peva-600E | |
| Ethonal,99.7% | Bei Jing Tong Guang Fine Chemicals company | 1170 | |
| HF,40% | Beijing Chemical Works | 1789 | |
| ICP-RIE | AST | Cirie-200 | |
| MOCVD | VEECO | P125 | |
| PECVD | Oerlikon | 790+ | |
| Phosphate,85% | Beijing Chemical Works | 1805 | |
| Sulfuric acid,98% | Beijing Chemical Works | 10343 |
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