Quasi-van der Waals Estributivo assistido por grafeno de Filme aln em substrato de safira nano-padronizado para diodos emissores de luz ultravioleta

Summary

Um protocolo para o crescimento assistido por grafeno de filmes de AlN de alta qualidade em substrato de safira nano-padronizado é apresentado.

Abstract

Este protocolo demonstra um método para crescimento rápido assistido pelo grafeno e coalescência da AlN no substrato de safira nano-pattened (NPSS). As camadas de grafeno são cultivadas diretamente em NPSS usando a deposição de vapor químico de pressão atmosférica livre de catalisadores (APCVD). Aplicando o tratamento plas plasma de gion reativa de nitrogênio (RIE), os defeitos são introduzidos no filme de grafeno para melhorar a reatividade química. Durante o crescimento da AlN (Metal-organic chemical vapor de deposição) de vapor químico, este tampão de grafeno tratado com plasma N permite o crescimento rápido da AlN, e a coalescência no NPSS é confirmada pela microscopia eletrônica de varredura transversal (SEM). A alta qualidade da AlN no grafeno-NPSS é então avaliada por curvas de balanço de raios-X (XRCs) com largura estreita (0002) e (10-12) de largura total a metade do máximo (FWHM) como 267,2 arcsec e 503,4 arcsec, respectivamente. Em comparação com o NPSS nu, o crescimento da AlN no grafeno-NPSS mostra uma redução significativa do estresse residual de 0,87 GPa para 0,25 Gpa, com base nas medições de Raman. Seguido pelo crescimento de múltiplos poços quânticos (MQWS) da AlGaN no grafeno-NPSS, são fabricados ledes ultravioletas ultravioletas profundos baseados em AlGaN. Os DUV-LEDs fabricados também demonstram um desempenho óbvio e aprimorado de luminescência. Este trabalho fornece uma nova solução para o crescimento de AlN de alta qualidade e fabricação de DUV-LEDs de alto desempenho usando um processo mais curto e menos custos.

Introduction

A ALN e a AlGaN são os materiais mais essenciais nos DUV-LEDs^1,2, que têm sido amplamente utilizados em diversos campos, como esterilização, cura de polímeros, detecção bioquímica, comunicação não-linha de visão e iluminação especial³. Devido à falta de substratos intrínsecos, a heteroepitaxia aln em substratos de safira por MOCVD tornou-se a rota técnica mais comum⁴. No entanto, a grande incompatibilidade de treliça entre o substrato de AlN e safira leva ao acúmulo de estresse^5,,6, luxações de alta densidade e falhas de empilhamento⁷. Assim, a eficiência quântica interna dos LEDs é reduzida^{em 8}. Nas últimas décadas, o uso de safira padronizada como substratos (PSS) para induzir o crescimento lateral epitaxial da AlN (ELO) foi proposto para resolver esse problema. Além disso, grandes avanços foram feitos no crescimento dos modelos de AlN^9,,10,11. No entanto, com um alto coeficiente de aderência superficial e energia de ligação (2,88 eV para AlN), os átomos de Al têm baixa mobilidade de superfície atômica, e o crescimento da AlN tende a ter um modo de crescimento de ilhas tridimensionais¹². Assim, o crescimento epitaxial dos filmes de AlN em NPSS é difícil e requer maior espessura de coalescência (mais de 3 μm) do que em substratos de safira plana, o que causa maior tempo de crescimento e requer custos elevados⁹.

Recentemente, o grafeno mostra grande potencial para uso como camada tampão para o crescimento da AlN devido ao seu arranjo hexagonal de átomos de carbono hibridizados SP^{2 13}. Além disso, a e epitaxia quase van der Waals (QvdWE) da AlN sobre grafeno pode reduzir o efeito incompatível e abriu um novo caminho para o crescimento da AlN^14,15. Para aumentar a reatividade química do grafeno, Chen et al. usaram o grafeno tratado n₂-plasma como uma camada tampão e determinaram o QvdWE de alta qualidade filmes AlN e GaN^8,o que demonstra a utilização do grafeno como uma camada tampão.

Combinando o grafeno tecnic tratado com plasma N₂com substratos comerciais de NPSS, este protocolo apresenta um novo método para crescimento rápido e coalescência da AlN em um substrato de grafeno-NPSS. A espessura completamente coalesce da AlN no grafeno-NPSS é confirmada como inferior a 1 μm, e as camadas epitaxias de AlN são de alta qualidade e liberadas por estresse. Este método abre um novo caminho para a produção em massa de modelos de AlN e mostra grande potencial na aplicação de DUV-LEDs baseados em AlGaN.

Protocol

ATENÇÃO: Vários dos produtos químicos utilizados nestes métodos são agudamente tóxicos e cancerígenos. Consulte todas as folhas de dados de segurança do material relevante (MSDS) antes de usar. 1. Preparação de NPSS por litografia de nanoimprint (NIL) Depoimento do filme SiO2 Lave o substrato de safira plana de 2″ c com etanol seguido de água deionizada três vezes. Seque o substrato com uma arma de nitrogênio. Deposite 200 nm SiO…

Representative Results

Imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM), curvas de balanço de difração de raios-X (XRC), espectro de Raman, imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectro de eletroluminescência (EL) foram coletados para o filme epitaxial aln(Figura 1, Figura 2) e DUV-LEDs baseados em AlGan(Figura 3). O SEM e o TEM são usados para determinar a morfologia da ALN no grafeno-NPSS. XRD e Raman são usados para cal…

Discussion

Como mostrado na Figura 1A,o NPSS preparado pela técnica NIL ilustra os padrões de cone nanocôncavo com profundidade de 400 nm, período de 1 μm de padrão e largura de 300 nm das regiões nãotched. Após o crescimento APCVD da camada de grafeno, o grafeno-NPSS é mostrado na Figura 1B. O aumento significativo do pico D de grafeno tratado de N-plasma no espectro raman Figura 1C…

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