紫外LED用4英寸低成本高品质AlN模版
所属单位：半导体研究所
所 在 地：北京
技术领域：新材料
技术成熟度：成熟期
项目简介
高品质AlN模板层通常需要较高的生长温度（大多高于1200℃），大多数工业级MOCVD设备难以长时间维持高温生长高品质AlN。因此，开拓溅射方法生长高质量AlN的新技术路线，继而应用于紫外发光二极管（LED）研制，可大大减小外延片在MOCVD设备中的生长温度、时间和复杂性，有望在大型工业化设备中制备。在4英寸蓝宝石衬底上实现高品质AlN材料可以解决当前国际AlN材料仅仅生长在2英寸蓝宝石衬底或者AlN单晶衬底上的问题，是相关器件产业化急需突破的关键。
本项目利用高温退火工艺处理蓝宝石衬底上溅射AlN薄膜，获得了高质量4英寸AlN模版，XRD摇摆曲线（002）和（102）半高全宽在样品中心处分别为90和329 arcsec、在样品边缘处分别为98和324 arcsec，样品中心和边缘处的粗糙度分别为0.956和0.983 nm，达到与MOCVD AlN材料的晶体质量相媲美的水平。在该4英寸AlN模版上外延生长紫外LED全结构，实现280 nm的电致发光，发光强度与2英寸MOCVD AlN模板上紫外LED的近似相等。
鉴于非极性和半极性AlN在LED器件中的潜在优势，该项目已开展在2英寸蓝宝石衬底上溅射非/半极性AlN薄膜的高温退火研究，获得初步结果：采用高温退火技术，非极性AlN (11-20)面的XRD沿AlN [0001]/[1-100]晶向的半高宽从1.737°/1.817°减小到0.353°/0.386°，半极性AlN (11-22)面的XRD沿AlN [11-23]/[1-100]晶向的半高宽从0.848°/1.156°减小到0.186°/0.243°。退火后溅射AlN的结晶质量可与MOCVD AlN相比拟。
技术特点
本项目创新性地采用高温退火溅射的AlN材料模板层，后续结合的量产型MOCVD以较低的生长温度完成深紫外LED全结构生长。依托溅射的非极性和半极性AlN薄膜，可进一步制备高发光效率的LED器件。反应磁控溅射具有易于控制、镀膜面积大、生长速度快、低温低成本的优点，在成本控制方面展示出了极大的优势。
专利情况
该技术拥有四项专利
应用领域及市场前景
AlGaN基紫外LED在杀菌消毒、化学分析、生物科技、光固化、非视距通讯等领域具有巨大市场价值和广阔应用前景，有调查指出其市场总额已高达上亿美元。在杀菌消毒方面，紫外线可以破坏微生物的脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）分子结构，使细菌死亡或不能繁殖。在光通信方面，紫外光通信主要是以大气散射和吸收为基础，具有系统抗干扰能力强、全天候工作、数据传输保密性高、可用于非视距通信等优点，是短距离、保密性常规通信的一种重要补充。与传统紫外光源如汞灯、准分子激光器等相比，紫外LED具有小巧便携、绿色环保、波长易调谐、功耗小等诸多优点，随着技术的不断进步，紫外LED的市场占有率在逐年上升，成为未来紫外光源的主流。
