寻求低成本的非极性和半极性氮化镓发光器件

美国加州大学圣巴巴拉分校一直开发在原生基材上生长和分离氮化镓(GaN)半极性和非极性外延层过生长(ELO)棒状物技术。这种材料可以降低生产高效发光二极管(LED)和激光二极管的成本,特别是对于长绿光及波长大于500nm的激光二极管。

希望通过该工艺可以实现对昂贵的GaN原生生长基片的回收利用。研究人员看到了汽车前灯、特殊照明、显示器、增强现实/虚拟现实(AR/VR)和光保真通信等领域的潜力。研究人员相信,在几个半极性平面上展示的ELO棒的顶部宽度能很好地容纳micro-LED或边缘发光激光器,包括电垫。

该过程首先在非极性或半极性的块状GaN上沉积200nm二氧化硅(SiO2)。二氧化硅分别以20μmx1.2 m m的矩形条纹在两个维度上以80μm和1.3 mm的周期排列。这些条纹的方向垂直于GaN晶体结构的a方向。将SiO2用缓冲盐酸蚀刻到GaN衬底上。
将打开的条状物作为金属-有机化学气相沉积(MOCVD)的GaN的种子,形成未凝聚的ELO条状物。GaN的生长条件为1210℃,100Torr,以氨和三甲基镓为前驱体,氢气为载气,生长4小时后形成了约10μm厚的棒状物。

分离过程开始时,用氢氟酸去除SiO2掩膜。在GaN ELO棒上贴上切割胶带,然后将材料投入到液氮中,在77K低温下进行一两分钟。通过在结构上吹入氮气将GaN恢复到室温。当研究人员慢慢剥开GaN上的切割带时,ELO棒与主基板分离。在没有经过低温处理的情况下,并不会发生分离。

研究人员解释说,通过快速降低温度,在ELO条最薄弱的部分,即基片的开放窗口和MOCVD生长的外延层之间的界面处诱发了裂纹,裂纹沿着位于基片表面附近的易裂解的m平面传播,从而使ELO条分离。

寻求低成本的非极性和半极性氮化镓发光器件

将条带宽度减小到10μm以下会导致一些折断的条带被胶带提起,但收率接近100%。对于20μm宽的窗口,ELO条状物合格率约为60%。对于半极性ELO棒,其表面呈现出一系列具有非极性m平面的阶梯。

同时,生长基质在分离条的区域中显示出凹陷,直至约3μm。研究人员希望将来能够控制这种生长基质的损害,从而实现重复利用。

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