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RTP快速退火爐在促進InGaAsP LED表面鈍化中的應用

  • 分類： 行業(yè)知識
  • 作者：周酉林
  • 來源：本站
  • 發(fā)布時間：2024-05-30
  • 訪問量： 355

【概要描述】III-V族InP/InGaAsP/InGaAs材料家族對于光電子器件非常重要，特別是在1.55和1···

RTP快速退火爐在促進InGaAsP LED表面鈍化中的應用

【概要描述】III-V族InP/InGaAsP/InGaAs材料家族對于光電子器件非常重要，特別是在1.55和1···

  • 分類： 行業(yè)知識
  • 作者：周酉林
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III-V族InP/InGaAsP/InGaAs材料家族對于光電子器件非常重要，特別是在1.55和1.3μm波段的光學發(fā)射和吸收，這對于光學互連非常重要[1]。然而，InGaAsP/InGaAs通常相對于Si[2]和InP[3]具有較高的表面重組速度，這會降低器件的效率并增加噪聲。過去的方法包括使用不同的表面處理技術，如氫鈍化、化學鈍化等。然而，這些方法存在一些問題，如表面鈍化效果不穩(wěn)定、需要高溫處理等。

Andrade等人[4]提出了一種高效的表面鈍化方法，即使用硫飽和銨溶液對表面進行處理，可以顯著提高光電子器件的性能，如提高光發(fā)射器件的光致發(fā)光強度和降低表面重組速度。在這里，研究人員展示了使用飽和的硫化銨和原子層沉積相結合來鈍化表面?？焖偻嘶鸷螅砻驸g化導致表面復合速度降至45cm/s以下，相當于寬度為200nm的納米發(fā)光器件的發(fā)光強度增加了>180倍。

240530-圖一.png 

圖1 表面鈍化InGaAsP LED脊示意圖

使用MOCVD在InP上生長外延層。通過圖案化刻蝕成高210nm、長1lm、寬不同的山脊。樣品經過清洗后。接著在氨硫化氫溶液（(NH4)2S#1 或者 (NH4)2S#2],）中浸泡20分鐘，用異丙醇沖洗后放入ALD中，沉積介電層（3nm Al2O3，4nmTiO2，3nm Al2O3）。兩個樣品均經快速熱處理（350℃，5min，N2），完成表面鈍化。圖1展示了器件的示意圖。

240530-圖2.png

圖2（a）室溫下連續(xù)波光致發(fā)光測量的 L-L 曲線（b）4 μW 泵功率時的光譜

圖2(a)展示了寬度為200nm的器件在蝕刻和鈍化后的L-L斜率變化，分別為1.62dec/dec和1.02dec/dec。這表明在這些功率下，輻射復合占主導地位。在最低泵功率下，200nm寬度的PL增加了180倍，預計在低泵功率下比率會更大。超過40μW泵功率的鈍化測量后斜率下降可解釋為帶填充，而非Auger復合。圖2(b)展示了室溫下連續(xù)波-熒光測量的L-L曲線和光譜，器件寬度為200nm，脊結構長度為1000nm。在4μW下，1300nm長通濾波器以下的譜部分較小，但隨著泵功率增加，峰值功率向短波長移動，而1300nm以下的譜部分不再微不足道。

240530-圖3.png


圖3 （a）不同處理方式后測量的200納米寬的脊的衰減曲線

（b）表面再結合速度與寬度之間的關系。

圖3(a)展示了蝕刻后與表面鈍化后的衰減曲線示例。經過蝕刻的200nm寬度的山脊，經過(NH4)2S#2 鈍化和(NH4)2S#1 鈍化的A0壽命分別為0.61ns、29.95ns和207.47ns。圖4(b)顯示了有兩個區(qū)域：在窄的山脊寬度下，表面再結合速度呈指數增長（以虛線表示），而在較寬的山脊下，表面再結合速度大致保持不變（以黑色實線表示）。其中，灰色區(qū)域代表6個標準差。顯然，表面鈍化后具有更高的A0壽命和更低的表面再結合速度。

 

表面鈍化InGaAsP LED具有的低表面復合速度和高發(fā)光強度也源于RTP快速退火爐的良好表現，RTP系列產品是武漢嘉儀通科技有限公司的核心產品，在薄膜材料制備及熱處理方面展現出諸多優(yōu)勢，形成鮮明的行業(yè)競爭力，為高質量薄膜材料提供了快速升降溫、高穩(wěn)定性的、高均勻性的高溫場和氣氛保護或反應氣體，具體表現在：

√ 快速升溫的高溫場能夠促進(NH4)2S/金屬層的熱擴散，通過反應形成了薄薄的阻隔層；

√ 高溫條件下的快速熱處理有助于降低(NH4)2S層的熱擴散深度，降低對器件層的影響；

√ 保護氣氛有助于避免鈍化層或金屬層的高溫氧化，避免出現雜相或者副反應。

此外，嘉儀通快速退火爐（RTP，Rapid Thermal Processing）產品，采用紅外輻射加熱及冷壁技術，可實現對薄膜材料的快速升溫和降溫，同時搭配超高精度的溫度控制系統，可達到極佳的溫場均勻性和穩(wěn)定性。

嘉儀通(JouleYacht)快速退火爐系列可處理1-12吋樣品，對材料的金屬合金化、離子注入后退火、快速熱處理、快速熱退火、快速熱氧化及快速熱氮化等研究和生產起到重要作用。

 

參考文獻：

[1] Dolores-Calzadilla V, Romeira B, Pagliano F, et al. Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitting diodes on silicon[J]. Nature Communications, 2017, 8(1): 14323.

[2] Das U, Theisen R, Hanket G, et al. Sulfurization as a promising surface passivation approach for both n-and p-type Si[C]//2020 47th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC). IEEE, 2020: 1167-1170.

[3] Joyce H J, Wong-Leung J, Yong C K, et al. Ultralow surface recombination velocity in InP nanowires probed by terahertz spectroscopy[J]. Nano letters, 2012, 12(10): 5325-5330.

[4] Andrade N M, Hooten S, Kim Y, et al. Sub-50 cm/s surface recombination velocity in InGaAsP/InP ridges[J]. Applied Physics Letters, 2021, 119(19).


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