紫外発光ダイオード用ナノパターンサファイア基板上のAlNフィルムのグラフェン支援準ファンデルワールスエピタキシー
Summary
ナノパターンサファイア基板上の高品質AlNフィルムのグラフェン支援成長のためのプロトコルが提示される。
Abstract
このプロトコルは、ナノパタンサファイア基板(NPSS)上のAlNのグラフェン支援クイック成長および合体の方法を示す。グラフェン層は、触媒フリーの気圧化学気相成長(APCVD)を使用してNPSS上で直接成長します。窒素反応性イオンエッチング(RIE)プラズマ処理を施すことで、グラフェン膜に欠陥が導入され、化学的反応性を高めます。AlNの金属有機化学気相成長(MOCVD)成長中に、このNプラズマ処理グラフェンバッファーはAlNの迅速な成長を可能にし、NPSS上の合体は断面走査電子顕微鏡(SEM)によって確認される。グラフェン-NPSS上のAlNの高品質は、狭い(0002)と(10-12)の全幅が267.2アークセックと503.4アークセックとして狭いX線ロッキング曲線(XRC)と(10-12)によって評価されます。裸のNPSSと比較して、グラフェン-NPSSのAlNの成長は、ラマン測定値に基づいて0.87 GPaから0.25 Gpaへの残留ストレスの有意な減少を示す。続いて、グラフェン-NPSS上でのAlGaNの複数の量子井戸(MQWS)の成長、AlGaNベースの深い紫外線発光ダイオード(DUV LED)が製造される。製造されたDUV-LEDはまた明らかな、高められた発光性能を示す。この研究は、高品質のAlNの成長と、より短いプロセスと低コストを使用した高性能DUV-LEDの製造のための新しいソリューションを提供します。
Introduction
AlNおよびAlGaNは、殺菌、ポリマー硬化、生化学的検出、非視線通信、特殊照明3など様々な分野で広く使用されているDUV-LED1、2において最も重要な材料である。12本質的な基質の不足のために、MOCVDによるサファイア基板上のAlNヘテロエピタキシーは、最も一般的な技術的ルート4となっている。しかし、AlNとサファイア基板の間の大きな格子ミスマッチは、応力蓄積55、6、6高密度転位、およびスタック障害7を導く。したがって、LEDの内部量子効率は8.ここ数十年、パターン化サファイア(PSS)を基質として使用してAlNエピタキシャル横成長(ELO)を誘導し、この問題を解決することが提案されている。さらに、AlNテンプレート99、10、1110の成長に大きな進歩が見られました。しかしながら、高い表面接着係数と接着エネルギー(AlNの場合は2.88eV)を有する場合、Al原子は原子表面移動性が低く、AlNの成長は三次元島成長モード12を有する傾向にある。したがって、NPSS上のAlN膜のエピタキシャル成長は困難であり、より高い合体厚さ(3μm以上)を必要とし、平らなサファイア基板よりも高い合体厚さ、より長い成長時間を引き起こし、高コスト9を必要とする。
近年、グラフェンは、sp2ハイブリダイズ炭素原子13の六角形配置によるAlN成長のバッファ層としての使用に大きな可能性を示している。また、グラフェン上のAlNの準ファンデルワールスエピタキシー(QvdWE)は、不一致効果を低減し、AlN成長14、15,15のための新たな道を開いた。グラフェンの化学的反応性を高めるために、Chenららは、バッファ層としてN2-プラズマ処理グラフェンを用い、高品質AlN及びGaNフィルム8のQvdWEを決定し、グラフェンを緩衝層として利用することを示す。
N2-プラズマ処理グラフェンテニックと市販のNPSS基質を組み合わせることで、このプロトコルはグラフェン-NPSS基板上でAlNの迅速な成長と合体のための新しい方法を提示する。グラフェン-NPSS上のAlNの完全に合体厚は1μm未満であることが確認され、エピタキシャルAlN層は高品質でストレスが放出されます。この方法は、AlNテンプレートの大量生産のための新しい方法を開き、AlGaNベースのDUV-LEDのアプリケーションに大きな可能性を示しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
図1Aに示すように、NIL技術によって調製されたNPSSは、400nmの深さ、1μm周期のパターン、および300nm幅の無エッチング領域を有するナノ凹状コーンパターンを示す。グラフェン層のAPCVD成長後、グラフェン-NPSSを図1Bに示す。ラマンスペクトル図1CCにおけるNプラズマ処理グラフェンのDピーク…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、中国国家キーR&Dプログラム(No. 2018YFB0406703)、中国国立自然科学財団(No.61474109、61527814、114742774、61427901)、北京自然科学財団(No 418203)によって財政的に支援されました。
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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