Cuasi-van der Waals asistida por grafeno epitaxy de película alN sobre sustrato de zafiro nano-patrón para diodos emisores de luz ultravioleta
Summary
Se presenta un protocolo para el crecimiento asistido por grafeno de películas AlN de alta calidad en sustrato de zafiro nano-patrón.
Abstract
Este protocolo demuestra un método para el crecimiento rápido asistido por grafeno y la carbonescencia de AlN en sustrato de zafiro nano-pattened (NPSS). Las capas de grafeno se cultivan directamente en NPSS utilizando la deposición de vapor químico de presión atmosférica libre de catalizadores (APCVD). Mediante la aplicación de un tratamiento plasmático de grabado de iones reactivos de nitrógeno (RIE), se introducen defectos en la película de grafeno para mejorar la reactividad química. Durante el crecimiento de alN durante la deposición de vapor químico orgánico-metálico (MOCVD), este tampón de grafeno tratado con N plasma permite un crecimiento rápido de AlN, y la fusión en NPSS se confirma mediante microscopía electrónica de barrido transversal (SEM). La alta calidad de AlN en grafeno-NPSS se evalúa mediante curvas de balanceo de rayos X (XRC) con ancho completo estrecho (0002) y (10-12) a medio-máximo (FWHM) como 267.2 arcsec y 503.4 arcsec, respectivamente. En comparación con el NPSS desnudo, el crecimiento de AlN en grafeno-NPSS muestra una reducción significativa de la tensión residual de 0,87 GPa a 0,25 Gpa, basada en mediciones de Raman. Seguido por el crecimiento de múltiples pozos cuánticos (MQWS) de AlGaN en el grafeno-NPSS, se fabrican diodos emisores de luz ultravioleta profunda (LED DUV) basados en AlGaN. Los DUV-LED fabricados también demuestran un rendimiento de luminiscencia evidente y mejorado. Este trabajo proporciona una nueva solución para el crecimiento de AlN de alta calidad y la fabricación de DUV-LED de alto rendimiento utilizando un proceso más corto y menos costos.
Introduction
AlN y AlGaN son los materiales más esenciales en DUV-LED1,2, que han sido ampliamente utilizados en diversos campos como esterilización, curado de polímeros, detección bioquímica, comunicación sin línea de visión, e iluminación especial3. Debido a la falta de sustratos intrínsecos, la heteroepitaxy al alb. en sustratos de zafiro por MOCVD se ha convertido en la ruta técnica más común4. Sin embargo, el gran desajuste de celosía entre el aln y el sustrato de zafiro conduce a la acumulación detensión 5,6, dislocaciones de alta densidad, y fallas de apilamiento7. Por lo tanto, la eficiencia cuántica interna de los LED se reduce8. En las últimas décadas, se ha propuesto el uso de zafiro estampado como sustratos (PSS) para inducir el crecimiento excesivo lateral epitaxial del AlN (ELO) para resolver este problema. Además, se han hecho grandes progresos en el crecimiento de las plantillas de AlN9,,10,,11. Sin embargo, con un alto coeficiente de adhesión superficial y energía de unión (2,88 eV para AlN), los átomos De tienen baja movilidad de la superficie atómica, y el crecimiento de AlN tiende a tener un modo de crecimiento de isla tridimensional12. Por lo tanto, el crecimiento epitaxial de las películas de AlN en NPSS es difícil y requiere un mayor espesor de carbonescencia (más de 3 m) que el de los sustratos planos de zafiro, lo que provoca un mayor tiempo de crecimiento y requiere altos costos9.
Recientemente, el grafeno muestra un gran potencial para su uso como capa tampón para el crecimiento de AlN debido a su disposición hexagonal de átomos de carbono hibridos sp2 13. Además, la epitaxía cuasi-van der Waals (QvdWE) de AlN en grafeno puede reducir el efecto de desajuste y ha allanado un nuevo camino para el crecimiento de AlN14,15. Para aumentar la reactividad química del grafeno, Chen y otros utilizaron N2-plasma tratado grafeno como una capa tampón y determinaron el QvdWE de las películas de Alta Calidad AlN y GaN8, lo que demuestra la utilización del grafeno como capa tampón.
Combinando la técnica de grafeno tratada con plasma N2con sustratos comerciales NPSS, este protocolo presenta un nuevo método para el crecimiento rápido y la carbonescencia de AlN en un sustrato de grafeno-NPSS. Se confirma que el espesor completamente de la unión de AlN en el grafeno-NPSS es inferior a 1 m, y las capas de AlN epitaxial son de alta calidad y liberadas por estrés. Este método allana una nueva forma para la producción en masa de plantillas de AlN y muestra un gran potencial en la aplicación de DUV-LED basados en AlGaN.
Protocol
Representative Results
Discussion
Como se muestra en la Figura 1A, el NPSS preparado por la técnica NIL ilustra los patrones de cónón nano-cóncavo con 400 nm de profundidad, 1 m de período de patrón y 300 nm de ancho de las regiones no capturadas. Después del crecimiento APCVD de la capa de grafeno, el grafeno-NPSS se muestra en la Figura 1B. El aumento significativo del pico D del grafeno tratado con N plasma en los espectros de Raman <strong class="xfig…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado financieramente por el Programa Nacional de I+D clave de China (No. 2018YFB0406703), la National Natural Science Foundation of China (Nos. 61474109, 61527814, 11474274, 61427901) y la Fundación de Ciencias Naturales de Beijing (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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