1 中国科学技术大学纳米科学技术学院, 苏州 215123
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
3 苏州纳维科技有限公司, 苏州 215000
4 沈阳材料科学国家研究中心, 沈阳 110010
远程外延是一种用于生产单晶、独立式薄膜和结构的新兴技术, 该方法使用二维范德瓦耳斯材料作为半透明夹层, 实现外延生长及外延层在二维层界面的剥离。本文研究了在蓝宝石衬底上利用单层石墨烯作中间层异质远程外延GaN成核层、GaN薄膜。结果表明, GaN成核岛具有良好的取向, 通过参数调整, 可实现致密的GaN成核层。AFM和XRD测试结果证实, 与同样条件下蓝宝石衬底上直接生长的GaN薄膜相比, 石墨烯上异质远程外延得到的GaN薄膜具有更低的表面粗糙度和位错密度。
石墨烯 异质远程外延 表面粗糙度 位错密度 GaN GaN graphene MOCVD MOCVD remote heteroepitaxy surface roughness dislocation density
1 苏州大学光电科学与工程学院&苏州纳米科技协同创新中心, 苏州 215006
2 苏州大学, 江苏省先进光学制造技术重点实验室和教育部现代光学技术重点实验室, 苏州 215006
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
4 苏州纳维科技有限公司, 苏州 215000
5 沈阳材料科学国家研究中心, 沈阳 110010
GaN基微型发光二极管(Micro-LED)作为新型显示技术有着广泛的应用前景, 在近些年得到了快速的发展。但随着尺寸的降低, Micro-LED的发光效率急剧降低, 主要是由于侧壁损伤的影响。本文通过光刻工艺和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀制作了5、10、20 μm等不同尺寸的Micro-LED结构, 分析了刻蚀对Micro-LED带来的台面物理损伤及杂质元素富集的影响, 并采用20%浓度四甲基氢氧化铵(TMAH)修复侧壁损伤, 采用阴极荧光(CL)分析钝化处理前后Micro-LED的光学特性。结果表明, 随着尺寸的降低, 侧壁损伤的影响越加严重, 采取TMAH钝化工艺能够对侧壁进行有效的修复, 提升Micro-LED的发光强度与发光均匀性。
侧壁损伤 侧壁钝化 尺寸 光学特性 Micro-LED Micro-LED sidewall damage sidewall passivation size optical property
1 中国科学技术大学纳米科学技术学院, 苏州 215123
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
3 苏州纳维科技有限公司, 苏州 215000
4 沈阳材料科学国家研究中心, 沈阳 110010
使用波长248 nm的准分子激光器实现了GaN基微型发光二极管(Micro LED)的大面积激光剥离(LLO)。分离器件所需要的临界激光能量密度为800~835 mJ·cm-2, 分离的器件完好无损, 分离表面光滑, 残余应力为0.071 4 GPa, 均方根粗糙度仅为0.597 nm, 远低于目前报道的LLO方法分离表面。该研究为实现高质量、高效率的GaN基Micro LED芯片的制备提供了一种有前景的思路, 对柔性GaN基器件的制备具有一定意义。
微型发光二极管 激光剥离 准分子激光器 成品率 平整度 gallium nitride GaN micro light-emitting diode laser lift-off excimer laser production yield flatness
1 苏州大学光电科学与工程学院，苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室和教育部现代光学技术重点实验室，苏州 215006
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州 215123
AlGaN基材料作为带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料，是制备紫外光电子器件的理想材料。在无法获得大尺寸、低成本的同质衬底的情况下，高质量AlN薄膜的异质外延是促进紫外光电子器件发展的关键。本文中，通过调节蓝宝石衬底上AlN的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长模式产生高密度纳米级孔洞，利用纳米级孔洞降低AlN的位错，并在此基础上外延了AlGaN量子阱结构，得到了275 nm波段的深紫外LED薄膜，并制备了开启电压约为4.8 V，反向漏电电流仅为2.23 μA(-3.0 V电压时)的深紫外LED器件。
AlN薄膜 AlGaN材料 紫外LED 异质外延 纳米级孔洞 AlN thin film AlGaN material ultraviolet LED heterogeneous epitaxy nanoscale hole
1 苏州大学光电科学与工程学院, 苏州纳米科技协同创新中心, 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室和教育部现代光学技术重点实验室, 苏州 215006
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
GaN膜在传统生长过程中主要通过异质外延获得, 这往往会产生晶格失配和热失配, 给GaN带来严重的位错和应力。目前降低位错最广泛的方法是使用侧向外延技术。在这项工作中, 首先在蓝宝石基GaN衬底上沉积了一层SiO2, 并用光刻的方法将其制备成高掩膜宽度(窗口宽度20 μm/掩膜宽度280 μm)的宽周期掩膜, 再通过氢化物气相外延(HVPE)侧向外延了厚度为325 μm的GaN厚膜, 通过胶带可以将其进行剥离形成自支撑衬底。同时通过二维的Wulff结构图研究了GaN生长过程中晶面的变化趋势。宽周期掩膜法对于生长可剥离的低位错密度自支撑GaN有着重大意义。
自支撑GaN 侧向外延 氢化物气相外延 宽周期掩膜法 半导体 free-standing GaN epitaxial laterally overgrown HVPE wide-period mask method semiconductor
1 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州 215123
2 苏州纳维科技股份有限公司，苏州 215123
氮化镓(GaN)晶体是制备蓝绿光激光器、射频微波器件以及电力电子等器件的理想衬底材料，在激光显示、5G通讯及智能电网等领域具有广阔的应用前景。目前市场上的氮化镓单晶衬底大部分都是通过氢化物气相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)方法生长制备的，在市场需求的推动下，近年来HVPE生长技术获得了快速的发展。本论文综述了近年来HVPE方法生长GaN单晶衬底的主要进展，主要内容包含HVPE生长GaN材料的基本原理、GaN单晶中的掺杂与光电性能调控、GaN单晶中的缺陷及其演变规律和GaN单晶衬底在器件中的应用。最后对HVPE生长方法的发展趋势进行了展望。
氢化物气相外延生长 氮化镓 晶体生长 掺杂 光电性能 缺陷 hydride vapor phase epitaxy GaN crystal growth doping optical and electrical property defect
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 教育部现代光学技术重点实验室, 江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
石墨烯作为一种特殊的二维材料,具有十分优异的物理性质,将石墨烯和微纳器件相结合已经成为当今的研究热点之一。在中红外到太赫兹波段,石墨烯可以激发表面等离子体,用于实现多功能可调谐器件。将石墨烯等离子体与硅基亚波长金属光栅相结合,提出了工作于红外波段的透射式宽带光调制器。通过施加偏置电压改变石墨烯的费米能级,实现在7~22 μm宽带内对透射光的调制,调制深度最高可以达到99.96%(33.77 dB)。
光学器件 光调制器 石墨烯 可调谐性 微纳光学 红外光 激光与光电子学进展
2020, 57(23): 232301
1 苏州大学光电科学与工程学院，苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室和教育部现代光学技术重点实验室，苏州 215006
3 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州 215123
本文研究了在石墨烯上生长GaN薄膜时晶体取向的变化。采用AlN成核层辅助生长，GaN由取向相差较大的小晶粒，逐渐合并为与石墨烯取向一致的晶粒，最终形成了约4.6 μm厚的GaN薄膜。通过EBSD和XRD证实了GaN晶体取向一致性的提高，拉曼光谱也表明GaN晶体的高质量。
石墨烯 晶体取向 GaN GaN graphene AlN AlN crystal orientation
1 苏州大学光电科学与工程学院, 江苏 苏州 215006
2 苏州大学江苏省先进光学制造技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
3 苏州大学教育部现代光学技术重点实验室, 江苏 苏州 215006
4 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
通过氢化物气相外延(HVPE)方式在蓝宝石衬底上获得了GaN微米碟,其几何形态为规则的正六边形且表面平整,直径约为27 μm,高度为15 μm。光致发光(PL)实验结果表明,微米碟垂直方向和水平方向的光学谐振模式存在差异,其中水平方向支持回音壁模式(WGM)振荡。在室温条件下采用高能脉冲激光照射微米碟,当激励光功率超过7.8 μW时,PL光谱在波长374 nm附近获得多模式激光信号,其中WGM激光占优势,品质因子可达3742。最后采用COMSOL仿真软件对谐振腔进行光场模拟,并分析了其光学模式特性。
光学器件 氮化镓 回音壁模式 微米碟激光器 紫外激光 光学学报
2020, 40(12): 1223001
