推动高功率UVC-LED晶圆进入低成本4英寸时代：应变调制的影响

导读

北京大学王新强教授团队研究报告了一种4英寸无裂纹高功率UVC-LED晶圆的制备，这一成就依赖于一种提出的应变调控策略，即在高温退火（HTA）-AlN模板上的AlN同质外延过程中引入三维到二维（3D-2D）过渡层，成功地将原始的压应变转变为拉应变，从而解决了实现具有平坦表面的高质量AlGaN层的挑战。今天小编为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业生产带来一些灵感和启发。应用方向：AIN，4英寸，高温退火，UVC-LED，应变调制

研究背景与目的

随着COVID-19疫情的爆发，全球对于紫外线C（UVC）发光二极管（LED）的需求急剧增加，因其在病原体灭活方面，特别是在抗击COVID-19中显示出巨大的应用潜力。然而，目前UVC-LED的外延晶圆尺寸仅限于2英寸，这大大增加了大规模生产的成本。北京大学王新强教授团队通过应变调控策略，即在4英寸高晶体质量HTA-AlN模板上引入3D-2D过渡层，成功地将原始的压应变调整为拉应变，而不牺牲外延过程中的晶体质量。这项工作将通过利用低成本的4英寸HTA-AlN模板促进UVC-LED的普及，特别是考虑到其与当前基于GaN的蓝光LED工艺的兼容性。该工作以“Drive high power UVC-LED wafer into low-cost 4-inch era: effect of strain modulation”为题发表在著名期刊ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS上。

研究方法概述

研究者通过物理气相沉积（PVD）沉积的500纳米厚AlN薄膜的外部高温再结晶过程进行4英寸高质量AlN模板的制备。为了比较，通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在NPSS上生长了具有孔型图案的4英寸AlN模板（AlN/NPSS），并通过执行ELOG技术。在UVC-LED外延之前，在两种AlN模板上通过MOCVD同质外延生长了200纳米厚的AlN再生长层，以确保后续UVC-LED外延的新鲜表面。

图1.(Color onine)a)AIN/NPSS,B)AIN/平坦蓝宝石衬底，c)HTA-AIN模板制备方案，呈现不同类型的内应力;d )AIN/NPSS和e)HTA-AIN(105)面RSM的X射线行射。无应变(105)面AIN的衍射峰为星形。

图2.HTA AIN上的UVC-LED晶片的光学显微镜图像a)没有和c)具有3D-2D过渡层。在AIN再生长后的HTA-AIN的原子力显微镜图像b)没有和d)具有3D-2D过渡层。在HTA-AIN模板上的UVC-LED结构的X射线(105)面RSM e)没有和 f)具有3D-2D过渡层。行射图案加宽通常被认为是AIGaN层质量的独特参考。从n-AIGaN和AIN RSM的峰位置，弛豫比计算为30%和9%，在没有和h)具有3D-2D过渡层的HTA-AIN上生长的UVC-LED的原位405nm反射率曲线。UVC-LED外延中相应的不同阶段用虚线标记：区域I(AIN再生长)、区域II(AIGaN缓冲层)、区域III(n-AIGaN层)和区域IV(MQW和p型区域)。

图3.(彩色在线)a)示意图和b)HTA-AIN上3D-2D过渡层生长过程的相应原位405 nm反射率曲线。红色虚线是眼睛捕捉反射率曲线的平均强度趋势的指引。c)应变剪裁HTA-AIN模板的X射线(105)面响应面。应变变化的痕迹由白色虚线箭头标记。

图4.(彩色在线)a)在4英寸应变改性HTA-AIN模板上通过MOCVD制备的UVC-LED结构的示意图；b)UVC-LED以及MQW区域的HAADFSTEM图像，观察到5周期MQW区域由2 nm厚的AIGaN威尔斯阱和11 nm厚的AIGaN势垒组成；c)薄层电阻映射(单位:Ω/sq)，d)PL波长映射(单位:nm)和e)应变定制的HTA-AIN模板上的4英寸UVC-LED晶片的EL的照片;f)HTA-AIN模板上的倒装芯片UVC-LED的波长相关EL和g)作为电流的函数的输出功率。

关于此文章的更多细节请查看原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202112111?af=R

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本文中图4 c)薄层电阻映射，通过非接触式薄片电阻LEl-1510测量，以证明电性能的均匀性。Semilab品牌的LEl-1510作为独立装置，可手动加载并自动映射。它可以容纳 50-200 毫米的晶圆，三个测量范围可根据应用需要容纳 0.035 至 3200 Ohm/sq。

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研究背景与目的

研究方法概述

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