美国加州大学(UCSB)改善了碳化硅(SiC)衬底上氮化铝(AlN)的金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长,促进了氮化铝镓(AlGaN)深紫外发光二极管(DUV LED)和光电制造的研究。
AlN-MOCVD技术的全面改进,SiC晶片质量的提高以及分子束外延(MBE)中所展示的生长模式控制概念,使MOCVD生长AlN/SiC成为获得高质量UV-LED模板层的可行途径。有高选择性的干法蚀刻技术可有效去除SiC衬底,从而提高了高效深紫外LED制造的前景。SiC的优势是晶体结构方面具有很好的匹配性,在基板的Si面上不存在意外的氮极生长的风险。
深紫外线LED的壁挂效率低,原因之一是存在将电子引导到非辐射复合过程的螺纹位错。而这项工作是为具有低螺纹位错密度的AlGaN生长提供无裂纹的AlN模板。
UCSB MOCVD使用三甲基铝和氨前体分别作为铝和氮的来源。250nm的AlN起始层在1200°C下生长,然后在1400°C下生长2.7μmAlN。生长速率分别为1.5Å/ s和6Å/ s。两步工艺的目标是减少螺纹错位的数量和使表面更光滑。
4H SiC基板来自两家供应商。对“样品A”衬底进行机械抛光,其抛光痕迹掩盖了晶体生长过程中通常产生的原子台阶。通过化学机械平面化(CMP)可以使表面更光滑的“样品B”在梯形表面结构中可见。样品A和B的厚度分别为250μm和500μm。发现在样品B上生长的AlN膜具有降低的拉伸应力和较少的破裂。
在1400°C下对样品B进行10分钟的氨气预处理10分钟,将轻微的拉伸应力变为-1.1GPa的强压缩力。该表面在5μm的范围内也无裂纹。 X射线摇摆曲线还显示出半峰全宽(FWHM)衍射峰减小,表明膜质量更高。