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我院在AlGaN材料缺陷研究方面取得進展
发布时间:2019/6/10 17:52:00  浏览次数:261

AlGaN材料具有直接帶隙、禁帶可調、耐高壓、抗腐蝕等優異特性,是發展無汞環保、便攜、低功耗、低電壓固態紫外光源的理想材料。受限于晶格失/熱膨脹系數失配以及Al原子相比Ga原子存在較大的表面黏附系數和較低的表面遷移因素AlGaN外延生長中容易産生大量穿透位錯載流子遷移率低、載流子濃度受到缺陷補償效應抑制以有效提高,並可能形成缺陷發光及非輻射複合中心。因此,AlGaN基紫外光源性能的提升在很大程度上依賴于對AlGaN材料缺陷行爲的深入理解。

材料點缺陷对器件电流输运性能和发光特性具有重要影响,而由于原子大小尺度和结构复杂性,其特性的准确表征一直是研究的热点和難点,相关调控技術的深入研究具有重要意义。院的相關研究人員一直致力于紫外光電材料生長及其缺陷行爲的基礎研究。日前,研究人員與中科院微電子所、中科院高能所合作,借助正電子湮滅技術和低溫熒光光譜分析技術對AlGaN薄膜的點缺陷特性進行了深入研究,結果表明基于不同的生長參數調節,AlGaN薄膜近表面和體材料的點缺陷可能呈現不同的形態,且對應不同的缺陷發光特性;進一步地,發展了利用高能電子束輻照對材料近表面點缺陷態的定向調控技術,將氧空位轉化爲類氮空位的點缺陷,從而抑制缺陷發光。部分研究成果近期發表在物理化學領域國際權威雜志《Journal of Physical Chemistry C》上,省半導體院劉甯炀博士爲論文第一作者,陳志濤博士微電子所王磊研究員爲論文共同通訊作者。

正電子湮滅技術是表征材料負電性或中性空位型點缺陷的有效手段正負電子對在材料中發生動量守恒的湮滅反應,産生主峰为511 keVγ射線,基于多普勒展寬湮滅線的高計數窗口(對應S參數)和兩側低計數窗口(對應W參數)能夠分析材料點缺陷類型分布特點。通常S(W)參數越大(越小)表明材料空位型點缺陷密度越高或者點缺陷负电性越大。部分結果請見12

1. a)和(b)分別是AlGaN薄膜樣品SW參數隨著正電子注入能量的變化曲線,可以看到隨著注入能量增大,正電子的平均穿透深度增加,S參數減小而W参数增大。圖(c)是樣品AW-S參數關系曲線,樣品A輻照前W-S曲线呈唯一的线性关系,而辐照后表面线性关系斜率发生改变,对应點缺陷類型的转变圖(d)是樣品BW-S參數關系曲線,樣品BW-S曲线在輻照前后均呈现两段线性关系,表明薄膜的近表面和體材料具有不同的點缺陷類型。

2. AlGaN薄膜樣品的低温(10K)熒光光譜,低溫下能清晰地看到AlGaN薄膜帶邊峰ZPL、縱光學聲子伴線(1LO2LO)、藍光帶BL、以及黃光帶YL。樣品A具有更強的藍光帶和黃光帶缺陷發光,二者在樣品B中同時變弱且發光峰值中心相距約0.6eV這些特征有助于识别缺陷发光对应的點缺陷類型和跃迁能级。

相關研究成果將爲紫外光電材料的高質量生長、材料缺陷行爲的控制提供參考和依據。該工作得到珠江科技新星項目和廣東省科學院科技專項等項目的資助。

Journal of Physical Chemistry C》是由美國化學會(ACS)創辦的物理化學領域著名雜志,在功能材料、納米材料、硬材料等研究領域具有較高的行業認可度。

論文鏈接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.8b11807


(刘宁炀  供稿)