鋁酸鋰上無極性氮化物薄膜製備關鍵技術研究

《鋁酸鋰上無極性氮化物薄膜製備關鍵技術研究》是依託上海套用技術大學，由鄒軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鋁酸鋰上無極性氮化物薄膜製備關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄒軍
• 依託單位：上海套用技術大學

項目摘要

無極性氮化物薄膜製備研究是目前半導體發光二極體領域的熱點研究問題。本項目提出鋁酸鋰上無極性氮化物薄膜製備關鍵技術研究，主要藉助於鋁酸鋰襯底與氮化物薄膜較小的晶格失配和熱膨脹失配方面優勢。通過研究鋁酸鋰襯底和其上氮化物薄膜製備過程，透徹了解鋁酸鋰襯底的揮發性、水解性和熱穩定性對鋁酸鋰襯底和氮化物薄膜的結晶性能、發光性能等方面的影響；在實現製備大尺寸和高質量的鋁酸鋰晶體基礎上，開展鋁酸鋰襯底的揮發性、水解性和熱穩定性深入研究，減小鋁酸鋰上氮化物薄膜缺陷密度；設計、製備出鋁酸鋰上無極性氮化物半導體發光二極體器件結構，解決光輸出功率和發光效率等核心問題；為鋁酸鋰上無極性氮化物半導體發光二極體的未來套用作貯備，推動半導體發光二極體科學與技術的發展。

結題摘要

製備無極性GaN基器件是製備高效、高可靠性LED器件的一個重要手段，國內外很多高校、科研院所和公司開展無極性器件的研究，尤其是Shuji Nakamura團隊對其研究更深入和廣泛。無極性器件製備難點之一為晶格和熱匹配較適宜的襯底材料, r-Al2O3,SiC,GaN等襯底得到了研究人員的重視，而匹配性更好的LiAlO2研究相對較少，該項目對LiAlO2襯底製備和無極性GaN在其上生長進行了研究。 1、LiAlO2襯底製備：通過固相燒結製備鋁酸鋰多晶相，再經過提拉法製備鋁酸鋰單晶，由於鋁酸鋰熔化溫度高達1780度，鋰易揮發發明了一種抑制熔體揮發晶體生長裝置，利用局部高壓渦流技術改變揮發路徑從而減輕高溫熔體壓力差過大造成的揮發劇烈問題，利用氧化鋯保溫特性製備帶有藍寶石視窗的全封閉的晶體生長系統，解決了壓力差大和觀察不方便兩個問題，通過該原理和技術的研究解決了揮發性晶體生長難題，製備出了2英寸200毫米長的鋁酸鋰晶體；鋁酸鋰具有水解，可溶於酸鹼特性，故對其拋光需採用獨特的方式，通過對其水解和不同酸鹼反應的實驗，調配出適合鋁酸鋰拋光的拋光液，探索了一條適合鋁酸鋰拋光的工藝，製備出了適合製備GaN基器件的鋁酸鋰襯底片。 2、LED器件製備：通過飛秒雷射在襯底片表面製備出不同刻度的圖案，同時雷射刻蝕後在溝槽邊緣產生納米或微米的顆粒，然後放入MOCVD設備內輸入程式製備LED外延片。首次發現襯底的微納結構將會導致LED外延片發光產生紅移，發現微納結構引起紅移的主要原因是鍍膜過程中微納結構引起了鍍膜氣體的擾動，導致In的含量在不同微納結構處含量不同，從而導致發光的波長不同。研究了微納結構的顆粒大小和形狀直接跟In的含量之間的對應關係，並發現微納結構也會導致外延膜的應力的差異，並得出其對應關係。通過在同樣製備條件下，調節微納結構可在單晶片上製備出發射不同光的LED光源，通過波長組合可製備出無螢光粉的白光LED晶片。 通過上述兩部分的研究，發明了一種抑制高溫熔體的揮發的裝置，並羅列抑制高溫揮發的理論依據；開發了鋁酸鋰襯底拋光工藝，製備出了適合外延生長的外延片；通過在襯底表面製備微納結構可改變其上MOCVD過程中In等成分的含量，從而實現單晶片白光。 通過項目的開展提供了一條製備白光LED的新思路和新方法，可有效規避國際上專利對我國LED產業封鎖。