《《宽禁带半导体发光材料》3.3氮化物材料的发展2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《宽禁带半导体发光材料》3.3氮化物材料的发展2（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、报告大纲 紫外 LED应用前景与市场 国内外紫外 LED研究状况 紫外 LED核心材料外延技术 紫外 LED结构与器件 总结与展望 紫外 LED应用前景与市场 紫外发光波段定义及划分 紫外 LED应用前景与市场 紫外光的大气吸收特性 波长 280nm日盲紫外 紫外 LED应用前景与市场 紫外光源的应用领域 UVA UVB UVC 波长 320-400nm 280-320nm 200-280nm 穿透能力 有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃及塑料 具有中等穿透力，其波长较短部分也会被玻璃吸收 穿透能力弱，无法穿透大部分的透明玻璃 应用 紫外光治疗、文件与印钞反伪检测器、光催化剂、空气净化、
2、医疗光线疗法 保健、植物生长 杀菌、净化 紫外 LED应用前景与市场 波长（ nm） 部分实现 尚未实现 光刻 验伪 气体分解 医疗卫生 杀菌净化 DNA分析 生化传感 紫外 LED应用前景与市场 紫外 LED在生化探测、杀菌消毒、聚合物固化、安全通讯及白光照明等诸多领域有着广阔的应用前景 相比于传统紫外光源汞灯，紫外 LED有许多独有的优势 紫外 LED应用前景与市场 紫外 LED应用前景与市场 紫外光固化 对涂抹感光剂的物质，以短波长（紫外线）照射会引起其化学反应，即可瞬间完成感光剂的固化、干燥、粘附作用，此技术称为紫外线光固化技术。 UV LED固化优点：较传统紫外光， UV LED固化
3、具有节能、环保之优点，随着紫外 LED功率的提高，应用前景将进一步扩大。目前保持年均两位数的增长。 紫外 LED应用前景与市场 紫外防伪探测 310nm， 280nm， 255nm等波长 UV LED芯片在防伪侦测的应用。 图中示意 UV LED的防伪侦测效果好于常规 UV汞灯。 紫外水净化 Hydro-Photon公司与University of Maine Orono的微生物学家开发的水净化处理设备原型采用AlGaN基紫外LEDs制造而成。在测试中，用未消毒的自来水作实验，UV LEDs成功摧毁了将近95.5%细菌。结果证实了其低成本，高杀菌的特点。 紫外家庭卫生 紫外除螨 紫外医疗应用
4、紫外线辐照系统 NB-UVB PUVA 光治疗 *长波长 -UVA (320 400nm) *短波长 -UVB (280 320nm) 紫外市场预期 2012年紫外 LED市场总额约为 4500万美元，约占整个紫外光源市场的 12.7%；预期到 2017年 UV LED市场规模可达 2.7亿美元，超过整个紫外光源市场的 1/3，未来五年内的复合年增长率可高达 34% 报告大纲 紫外 LED应用前景与市场 国内外紫外 LED研究状况 紫外 LED核心材料外延技术 紫外 LED结构与器件 总结与展望 紫外 LED的发展历程 1992年， 日本研制第一只 UV-A波段紫外 LED，发光波长约在370
5、 nm。 2001年，美国研制出第一只UV-B波段紫外LED， 发光波长为 305 nm。 1998年，美国 研制出 发光波长为353 nm的紫外 LED，这是第一只波长短于 365nm的紫外LED。 2002年，美国 研制出 第一只 UV-C波段的深紫外 LED，发光波长 280 nm。 2006年， 日本研制出 发光波长为210 nm的 深 紫外LED。迄今为止发光波长最短 。 20世纪 80年代，AlN等材料研究 。 国内外紫外 LED研究状况 紫外 LED重要的突破进展 国内外紫外 LED研究状况 紫外 LED重要研究进展 国内外紫外 LED研究状况 APPLIED PHYSICS L
6、ETTERS 73, 1688 (1998) 1998年美国桑地亚国家实验室 报导了 353.6 nm的 UV-LED，这是第一支发光波长短于 GaN带边的 LED，也是当时最短波长的 GaN基 LED。 LED结构如下图所示 光输出功率仅有 13W20mA 紫外 LED重要研究进展 国内外紫外 LED研究状况 NATURE, 441， 18 (2006) 2006年日本 NTT实验室报导了发光波长短至 210 nm的 UV-LED，这是迄今为止所报导的最短波长的 UV- LED。 LED结构及光电性能如图所示，输出功率仅为 0.02W40mA。 国内外紫外 LED研究状况 穿透位错密度 (T
7、DDs)在MQWs作为非辐射复合中心，降低了内量子效率（ IQE）。 IQE TDD 109cm-2国内外紫外 LED研究状况 国际上紫外 LED的重要研究机构 国内外紫外 LED研究状况 日本 Meijo University （名城大学） Nagoya University （名古屋大学） UV Craftory Co., Ltd. （创光科学） RIKEN （理化研究所） NTT Basic Research Laboratories （ NTT基础研究实验室） 美国 Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室） Northwestern Universi
8、ty （西北大学） Kansas University （堪萨斯大学） University of South Carolina （南卡罗来纳州大学） 研究背景简介 紫外 LED典型外延结构 紫外 LED核心发光材料 AlGaN材料 国内外紫外 LED研究状况 紫外 LED核心发光材料 AlGaN材料 失配位错? 开裂 国内外紫外 LED研究状况 AlGaN外延材料质量是影响深紫外 LED的关键因素 AlGaN材料，尤其是高Al组分 AlGaN材料，其中的位错密度很容易达到 1010cm-2，乃至更高 国内外紫外 LED研究状况 AlGaN材料的 P型掺杂难题 国内外紫外 LED研究状况 下图
9、所示为 Mg在 AlGaN材料中的激活能，随着 Al组分增大而增大 报告大纲 紫外 LED应用前景与市场 国内外紫外 LED研究状况 紫外 LED核心材料外延技术 紫外 LED结构与器件 总结与展望 AlGaN材料外延生长难点 紫外 LED材料外延技术 材料固有特性： Al-N键能 2.88eV，Ga-N键能 1.93eV 两步法外延工艺：低温缓冲层（ 500-600 ），高温外延（ 1000 ） 通过两步法工艺可以在蓝宝石衬底上MOCVD外延高质量的 GaN材料。 但是采用两步法工艺蓝宝石衬底上外延AlGaN材料效果不佳 。 Sapphire GaN 1985 LT-Buffer H. Am
10、ano et al., Appl. Phys. Lett. 48 (1986) 353. AlGaN材料外延生长难点 紫外 LED材料外延技术 与 Ga相比 , Al原子在生长表面的迁移能力较差 , 样品表面容易出现岛状生长 , 粗糙度较大 , 采用常规“两步法” 在蓝宝石衬底上外延的 AlGaN材料随着 Al组分提高而晶体质量降低。 (002) XRD摇摆曲线半宽随 Al组分而增大 基于 GaN模板的 AlGaN材料外延 紫外 LED材料外延技术 初期解决方案： GaN模板 在高质量的 GaN模板基础上外延 AlGaN材料 效果： AlGaN材料质量大大改善 下面两图中，圆点对应于两步法外延
11、的 AlGaN材料，三角对应于 GaN模板上外延的 AlGaN材料。可以看出 GaN模板能够有效改善 AlGaN材料质量。 左图： AlGaN材料 XRD摇摆曲线半高宽随 Al组分变化关系 右图： AlGaN材料位错密度随 Al组分变化关系 GaN模板存在的问题 紫外 LED材料外延技术 外延于 GaN模板上的 Al(Ga)N材料受到张应力，随着 Al组分的增大，临界厚度迅速减小 AlGaN外延层极易开裂，厚度受限 c() a() GaN 5.186 3.189 AlN 4.982 3.112 更好的技术路线： AlN模板 紫外 LED材料外延技术 相比于 GaN模板， AlN模板更适于高 A
12、l组分 AlGaN材料的外延 GaN模板吸收深紫外光， AlN模板对于深紫外光透明 GaN模板上 AlGaN材料厚度只有百纳米甚至几十纳米， AlN模板上 AlGaN材料可以实现数微米 AlN模板上 AlGaN材料结晶质量可以进一步提升 获得高质量 AlN模板是提高 AlGaN材料质量的基础 紫外 LED材料外延技术 AlN模板是提高AlGaN晶体质量的关键 AlN材料 MOCVD外延中的预反应问题 33 3 4()Al CH NH AlN CH+紫外 LED材料外延技术 低压、高温利于 AlN材料 MOCVD外延生长 紫外 LED材料外延技术 较低的压强有助于提高 AlN的生长速度 降低无用
13、络合物的生成几率 高温有助于提高 AlN的外延生长效率 促进络合物和中间产物的分解 低 V/III比利于 AlN材料 MOCVD外延 紫外 LED材料外延技术 低 V/III有利于提高 AlN材料的外延生长速度，同时提高结晶质量 但过低的 V/III比可能不利于提高晶体质量 极低 V/III比下 AlN材料的外延 紫外 LED材料外延技术 UCSB的中村修二小组探索了极低 V/III比下 AlN的外延： AlN成核层 V/III2.9，高温 AlN层 36.4 结晶质量中上，表面出现微米级六角形沉积物。 生长温度对于 AlN材料外延的影响 左图对应 1000 生长的 AlN材料，可以清晰地看到
14、，在表面有很多六角形缺陷坑，表面平均粗糙度约为 3.5nm； 右图对应 1200 生长的 AlN材料，可以清晰地看到平直的条纹，表面平均粗糙度约为 0.2nm 。 紫外 LED材料外延技术 高质量的 AlN外延材料 200 300 400 500 600 700 800020406080100Transmission (%)Wavelength (nm)203nm在高温、低压、低 V/III下，我们获得了高质量的 AlN材料 外延温度 1200 ，生长速率约为 1 m/h。 左图所示为 AFM结果，有清晰的“台阶流”迹象，表面平均粗糙度约为 0.12nm，非常平整。 右图为透射谱结果，吸收带边非常陡直，约在 203nm处。 紫外 LED材料外延技术 高质量 AlN外延材料 高分辨 XRD双晶衍射摇摆曲线（探测器无狭缝） 002对称衍射半高宽约为 417.6 arc second 紫外 LED材料外延技术 高质量的 AlGaN材料 200 300 400 500 600 700 800020406080100Transmission (%)Wavelength (nm)230nm在高质量 AlN模板基础上， 外延高质量 AlGaN材料 外延
