紫外LED用4英寸低成本高品質(zhì)AlN模版

所屬單位：半導(dǎo)體研究所

所  在 地：北京

技術(shù)領(lǐng)域：新材料

技術(shù)成熟度：成熟期 

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

高品質(zhì)AlN模板層通常需要較高的生長溫度（大多高于1200℃），大多數(shù)工業(yè)級(jí)MOCVD設(shè)備難以長時(shí)間維持高溫生長高品質(zhì)AlN。因此，開拓濺射方法生長高質(zhì)量AlN的新技術(shù)路線，繼而應(yīng)用于紫外發(fā)光二極管（LED）研制，可大大減小外延片在MOCVD設(shè)備中的生長溫度、時(shí)間和復(fù)雜性，有望在大型工業(yè)化設(shè)備中制備。在4英寸藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)AlN材料可以解決當(dāng)前國際AlN材料僅僅生長在2英寸藍(lán)寶石襯底或者AlN單晶襯底上的問題，是相關(guān)器件產(chǎn)業(yè)化急需突破的關(guān)鍵。

本項(xiàng)目利用高溫退火工藝處理藍(lán)寶石襯底上濺射AlN薄膜，獲得了高質(zhì)量4英寸AlN模版，XRD搖擺曲線（002）和（102）半高全寬在樣品中心處分別為90和329 arcsec、在樣品邊緣處分別為98和324 arcsec，樣品中心和邊緣處的粗糙度分別為0.956和0.983 nm，達(dá)到與MOCVD AlN材料的晶體質(zhì)量相媲美的水平。在該4英寸AlN模版上外延生長紫外LED全結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)280 nm的電致發(fā)光，發(fā)光強(qiáng)度與2英寸MOCVD AlN模板上紫外LED的近似相等。

鑒于非極性和半極性AlN在LED器件中的潛在優(yōu)勢(shì)，該項(xiàng)目已開展在2英寸藍(lán)寶石襯底上濺射非/半極性AlN薄膜的高溫退火研究，獲得初步結(jié)果：采用高溫退火技術(shù)，非極性AlN (11-20)面的XRD沿AlN [0001]/[1-100]晶向的半高寬從1.737°/1.817°減小到0.353°/0.386°，半極性AlN (11-22)面的XRD沿AlN [11-23]/[1-100]晶向的半高寬從0.848°/1.156°減小到0.186°/0.243°。退火后濺射AlN的結(jié)晶質(zhì)量可與MOCVD AlN相比擬。

 技術(shù)特點(diǎn)

本項(xiàng)目創(chuàng)新性地采用高溫退火濺射的AlN材料模板層，后續(xù)結(jié)合的量產(chǎn)型MOCVD以較低的生長溫度完成深紫外LED全結(jié)構(gòu)生長。依托濺射的非極性和半極性AlN薄膜，可進(jìn)一步制備高發(fā)光效率的LED器件。反應(yīng)磁控濺射具有易于控制、鍍膜面積大、生長速度快、低溫低成本的優(yōu)點(diǎn)，在成本控制方面展示出了極大的優(yōu)勢(shì)。

專利情況

該技術(shù)擁有四項(xiàng)專利

 應(yīng)用領(lǐng)域及市場(chǎng)前景

AlGaN基紫外LED在殺菌消毒、化學(xué)分析、生物科技、光固化、非視距通訊等領(lǐng)域具有巨大市場(chǎng)價(jià)值和廣闊應(yīng)用前景，有調(diào)查指出其市場(chǎng)總額已高達(dá)上億美元。在殺菌消毒方面，紫外線可以破壞微生物的脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）分子結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌死亡或不能繁殖。在光通信方面，紫外光通信主要是以大氣散射和吸收為基礎(chǔ)，具有系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、全天候工作、數(shù)據(jù)傳輸保密性高、可用于非視距通信等優(yōu)點(diǎn)，是短距離、保密性常規(guī)通信的一種重要補(bǔ)充。與傳統(tǒng)紫外光源如汞燈、準(zhǔn)分子激光器等相比，紫外LED具有小巧便攜、綠色環(huán)保、波長易調(diào)諧、功耗小等諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，紫外LED的市場(chǎng)占有率在逐年上升，成為未來紫外光源的主流。