紫外LED用4英寸低成本高品質AlN模版
所屬單位：半導體研究所
所 在 地：北京
技術領域：新材料
技術成熟度：成熟期
項目簡介
高品質AlN模板層通常需要較高的生長溫度（大多高于1200℃），大多數工業級MOCVD設備難以長時間維持高溫生長高品質AlN。因此，開拓濺射方法生長高質量AlN的新技術路線，繼而應用于紫外發光二極管（LED）研制，可大大減小外延片在MOCVD設備中的生長溫度、時間和復雜性，有望在大型工業化設備中制備。在4英寸藍寶石襯底上實現高品質AlN材料可以解決當前國際AlN材料僅僅生長在2英寸藍寶石襯底或者AlN單晶襯底上的問題，是相關器件產業化急需突破的關鍵。
本項目利用高溫退火工藝處理藍寶石襯底上濺射AlN薄膜，獲得了高質量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，達到與MOCVD AlN材料的晶體質量相媲美的水平。在該4英寸AlN模版上外延生長紫外LED全結構，實現280 nm的電致發光，發光強度與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器件中的潛在優勢，該項目已開展在2英寸藍寶石襯底上濺射非/半極性AlN薄膜的高溫退火研究，獲得初步結果：采用高溫退火技術，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的結晶質量可與MOCVD AlN相比擬。
技術特點
本項目創新性地采用高溫退火濺射的AlN材料模板層，后續結合的量產型MOCVD以較低的生長溫度完成深紫外LED全結構生長。依托濺射的非極性和半極性AlN薄膜，可進一步制備高發光效率的LED器件。反應磁控濺射具有易于控制、鍍膜面積大、生長速度快、低溫低成本的優點，在成本控制方面展示出了極大的優勢。
專利情況
該技術擁有四項專利
應用領域及市場前景
AlGaN基紫外LED在殺菌消毒、化學分析、生物科技、光固化、非視距通訊等領域具有巨大市場價值和廣闊應用前景，有調查指出其市場總額已高達上億美元。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）分子結構，使細菌死亡或不能繁殖。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，具有系統抗干擾能力強、全天候工作、數據傳輸保密性高、可用于非視距通信等優點，是短距離、保密性常規通信的一種重要補充。與傳統紫外光源如汞燈、準分子激光器等相比，紫外LED具有小巧便攜、綠色環保、波長易調諧、功耗小等諸多優點，隨著技術的不斷進步，紫外LED的市場占有率在逐年上升，成為未來紫外光源的主流。
