자외선 발광 다이오드용 나노 패턴 사파이어 기판에 대한 알N 필름의 그래핀 지원 준 반 데르 발스 에피택시

Summary

나노 패턴 사파이어 기판에 고품질 AlN 필름의 그래 핀 지원 성장을위한 프로토콜이 제시된다.

Abstract

이 프로토콜은 나노 패튼 사파이어 기판 (NPSS)에 대한 AlN의 그래핀 보조 빠른 성장 및 결합을위한 방법을 보여줍니다. 그래핀 층은 촉매가 없는 대기압 화학 증기 증착(APCVD)을 사용하여 NPSS에서 직접 재배됩니다. 질소 반응성 이온 에칭(RIE) 플라즈마 처리를 적용함으로써 화학 반응성을 향상시키기 위해 그래핀 필름에 결함이 도입됩니다. AlN의 금속 유기 화학 증기 증착(MOCVD) 성장 중에, 이 N-플라즈마 처리 그래핀 버퍼는 AlN의 빠른 성장을 가능하게 하고 NPSS에 대한 결합은 단면 스캐닝 전자 현미경 검사법(SEM)에 의해 확인된다. 그래핀-NPSS의 높은 품질의 AlN은 각각 267.2 아크초와 503.4 아크초로 반최대(FWHM)로 좁은(0002) 및 (10-12) 전체 폭을 가진 X선 흔들 곡선(XRC)에 의해 평가됩니다. 베어 NPSS에 비해, 그래핀-NPSS의 알N 성장은 라만 측정에 따라 0.87 GPa에서 0.25 Gpa로 잔류 응력의 현저한 감소를 보여줍니다. 그래핀-NPSS에 대한 AlGaN 다중 양자 우물(MQWS) 성장에 이어 AlGaN 기반의 심층 자외선 발광 다이오드(DUV LED)가 제작됩니다. 제작된 DUV-LED는 또한 명백하고 향상된 발광 성능을 보여줍니다. 이 작품은 고품질 AlN의 성장과 더 짧은 공정과 적은 비용을 사용하여 고성능 DUV-LED의 제조를위한 새로운 솔루션을 제공합니다.

Introduction

AlN 및 AlGaN은 DUV-LED^1,,2에서가장 필수적인 물질로, 살균, 폴리머 경화, 생화학 적 검출, 비라인 통신 및 특수 조명^3과같은 다양한 분야에서 널리 사용되어 왔다. 본질적인 기판의 부족으로 인해 MOCVD에 의한 사파이어 기판에 대한 AlN 이종과피가 가장⁴일반적인 기술 경로 4가되었습니다. 그러나, AlN과 사파이어 기판 사이의 큰 격자 불일치는 응력^축적으로이어집니다^5,6,고밀도 탈구, 및 스태킹 결함^7. 따라서 LED의 내부 양자 효율은^8을감소시킨다. 최근 수십 년 동안, 패턴 사파이어를 기판으로 사용하여 AlN 에피택시 측삭 과성장(ELO)을 유도하여 이 문제를 해결하기 위해 제안되었습니다. 또한, AlN 템플릿^9,,10,,11의성장에 큰 진전이 이루어졌다. 그러나 표면 접착 계수 및 접합 에너지(AlN의 경우 2.88 eV)가 있는 알 원자는 원자표면 이동성이 낮으며 AlN의 성장은 3차원 섬 성장^{모드(12)를}갖는 경향이 있다. 따라서 NPSS에서 AlN 필름의 상피 성장은 어렵고 평평한 사파이어 기판에 비해 더 높은 결합 두께(3 μm 이상)가 필요하며, 이는 더 긴 성장 시간을 야기하고 높은 비용이^9를요구한다.

최근에는 Sp² 혼성 탄소 원자^13의육각형 배열로 인해 AlN 성장을 위한 완충층으로 사용할 수 있는 큰 잠재력을 보이고 있다. 또한, 그래핀상 알N의 준반 데르발스 에피택시(QvdWE)는 불일치 효과를 감소시킬 수 있으며, 알N 성장^14,,15에대한 새로운 길을 열어왔다. 그래핀의 화학적 반응성을 높이기 위해 Chen 외는 N_{2-플라즈마}처리 그래핀을 완충층으로 사용하고 고품질 AlN 및 GaN 필름^8의QvdWE를 결정하여 그래 핀을 완충층으로 활용했음을 입증했습니다.

N_{2-플라즈마}처리 그래핀 테크닉과 상업용 NPSS 기판이 결합된 이 프로토콜은 그래핀-NPSS 기판에서 AlN의 빠른 성장과 결합을 위한 새로운 방법을 제시합니다. 그래핀-NPSS에 대한 AlN의 완전히 결합 두께는 1 μm 미만인 것으로 확인되며, 에피택시 AlN 층은 고품질및 응력 방출이다. 이 방법은 AlN 템플릿 대량 생산을 위한 새로운 방법을 열어주며 AlGaN 기반 DUV-LED를 적용할 때 큰 잠재력을 보여줍니다.

Protocol

주의: 이러한 방법에 사용되는 화학 물질의 몇몇은 심각하게 유독하고 발암성입니다. 사용하기 전에 모든 관련 자재 안전 데이터 시트(MSDS)를 참조하십시오. 1. 나노 임프린트 리소그래피에 의한 NPSS 준비 (NIL) SiO2 필름의 증착 2″c-평면 사파이어 기판을 에탄올로 씻어 내고 세 번 물을 분해합니다. 질소 총으로 기판을 건조시십시오. 300°C 미…

Representative Results

스캐닝 전자 현미경(SEM) 이미지, X선 회절 흔들 곡선(XRC), 라만 스펙트럼, 전송 전자 현미경(TEM) 이미지, 및 전기 발광(EL) 스펙트럼은 상피 알N필름(도 1, 도 2)및 알가N 계주 DUV-LED(그림3)를위해 수집되었다. SEM 및 TEM은 그래핀-NPSS에서 AlN의 형태를 결정하는 데 사용됩니다. XRD와 라만은 탈구 밀도와 잔류 응스트레스를 계산하는 데 사?…

Discussion

도 1A에도시된 바와 같이, NIL 기술에 의해 제조된 NPSS는 400nm 깊이, 1 μm 패턴, 그리고 300 nm 폭의 나노 오목한 원뿔 패턴을 도시한다. 그래 핀 층의 APCVD 성장 후, 그래 핀-NPSS는 도 1B로표시됩니다. 라만 스펙트럼 도 1C에서 N 플라즈마 처리 그래핀의 D 피크가 크게 증가하여 RIE^{공정(16)…}

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