11月25-27日,由深圳市龍華區科技創新局特別支持,國家半導體照明工程研發及產業聯盟(CSA)、第三代半導體產業技術創新戰略聯盟(CASA)主辦,深圳第三代半導體研究院與北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司共同承辦的第十六屆中國國際半導體照明論壇(SSLCHINA 2019)暨2019國際第三代半導體論壇(IFWS 2019)在深圳會展中心召開。
11月27日上午,“固態紫外器件技術”分會如期召開。本屆分會山西中科潞安紫外光電科技有限公司、中微半導體設備(上海)股份有限公司協辦。
第三代半導體材料在紫外器件中具備其他半導體材料難以比擬的優勢,展現出巨大的應用潛力。分會重點關注以氮化鋁鎵、氮化鎵為代表的紫外發光材料,以碳化硅、氮化鎵為代表的紫外探測材料,高效量子結構設計及外延,以及發光二極管、激光器、光電探測器等核心器件的關鍵制備技術。
挪威科學技術大學教授、挪威科學技術院院士Helge WEMAN,南京大學教授陸海,臺灣交通大學特聘教授郭浩中,中微半導體設備(上海)股份有限公司主任工藝工程師胡建正,上海大學教授、Ultratrend Technologies Inc總裁吳亮,河北工業大學教授張紫輝,鄭州大學Muhammad Nawaz SHARIF,廈門大學高娜,南京大學王致遠等國際知名專家學者參加本次會議,力圖呈現紫外發光和探測領域在材料、器件、封裝及應用等各層面的國內外最新進展。
目前AlGaN材料的深紫外LED主要用于消毒殺菌。會上,挪威科學技術大學教授,挪威科學技術院院士Helge WEMAN帶來了題為“采用石墨烯襯底和透明底部電極的AlGaN納米線外延 UV LED”的主題報告,介紹了石墨烯襯底AlGaN納米線外延生長技術。他表示,該技術比現有的薄膜技術更有優勢。由于現階段深紫外LED缺乏足夠好的透明電極、高位錯密度、大部分采用比較貴的AlN襯底和AlN緩沖層等原因,因此價格都很高,而且發光效率低。首個用于論證的采用倒裝結構的UV LED已經完成,其采用的是雙層石墨結構,其GaN/AlGaN的納米線采用MBE的技術進行生長,這種納米線具有很高的晶體質量,并沒有很明顯的缺陷和應力問題。目前檢測的結果顯示這種LED的發射波峰在365nm并沒有相關的缺陷黃光。
南京大學教授陸海分享了基于寬禁帶半導體以及相關應用的UV檢測儀器發展現狀。介紹了基于III族氮化物半導體和SiC的高性能UV光電探測器的材料生長,設計和制造方面的最新工作。
對于大多數固態照明技術,尤其是對于深紫外發光二極管(DUV-LED)而言,提高光提取效率(LEE)具有非常重要的意義。臺灣交通大學特聘教授郭浩中做了題為“新型深紫外LED封裝發光技術提升”的報告,分析了不同封裝結構對LEE的影響,并提出了一種新型的帶有硅油和半球透鏡的DUV-LED液體封裝結構。
為了使基于AlGaN材料的深紫外LED能夠更廣泛地應用于固化、水和空氣的凈化及醫療消毒等各方面,必須要大幅地降低其成本。提高深紫外LED的性能和增大單爐產能是實現更低成本的兩個關鍵因素。中微半導體設備(上海)股份有限公司主任工藝工程師胡建正分享了基于中微Prismo HiT3TM MOCVD設備的深紫外LED結構優化。與電光轉化效率超過70%的基于InGaN材料的藍白光LED相比,深紫外LED,尤其是UVC LED的效率還有很大的差距。中微設計的Prismo HiT3TM MOCVD平臺能夠單爐生長高達18片2英寸或者4片4英寸UVC LED,并且具有較長的維護周期。報告分享了在Prismo HiT3TM上采用納米圖形襯底(NPSS)進行基于AlGaN材料的UVC LED的生長和結構優化方面的成果。
上海大學教授,Ultratrend Technologies Inc總裁吳亮分享了“大批量工藝制備的高質量氮化鋁模板材料表征分析”。報告中介紹了使用Ultratrend Technologies Inc.(UTI)開發的一系列專有技術制造高質量2英寸/ 4英寸AlN模板的工業解決方案。
河北工業大學教授張紫輝帶來了題為“基于氮化物半導體和碳化硅光電子器件的仿真與分析”的精彩報告,介紹基于氮化物半導體和SiC材料光電子器件仿真與分析的最新結果。包括改善AlGaN基深紫外發光二極管(DUV LED) 載流子的注入效率,通過局部調控摻雜類型改善了DUV LED的電流擴展,并揭示了器件機理;針對GaN基核/殼LED以及Micro-LED的器件物理進行了詳細研究,系統探究了各種參數對載流子輸運及載流子復合過程的影響;同時介紹了基于4H-SiC的雪崩光電探測器的數值模擬及實驗工作。
AlGaN基紫外LED由于在水凈化、生物探測、便攜式醫療診斷等方面的應用受到人們廣泛關注。然而,采用MOCVD制備AlN模板使得紫外LED在商業化生產中價格十分昂貴。降低紫外LED生長的復雜性和成本非常重要。中國科學院半導體研究所倪茹雪分享了直接在4英寸高溫退火濺射AlN模板上生長的AlGaN基紫外LED的研究成果。在1600℃高溫處理后,200 nm濺射AlN模板的晶體質量得到了顯著的改善,結合具體的實驗內容,研究結果顯示,4英寸高溫退火濺射AlN模板能夠達到與常用的2英寸高溫MOCVD AlN模板相當的性能,可實現UV LED生長的復雜度和成本的降低,有利于其制備和產業化。
鄭州大學Muhammad Nawaz SHARIF介紹了采用n-AlxGa1-xN低波導層連續分級生長的深紫外納米線激光二極管光學約束優化的研究成果。研究針對深紫外納米線激光器提出了一種連續漸變的AlxGa1-xN低波導層結構。其新型結構的Al的占比從75%降低到66%,性能對比的就是75%的Al成分AlxGa1-xN激光器。結果顯示n型低波導層的分級抑制了光場的泄露并增加了電子的遷移,由于偏振電場的產生,所有的場都集中在整個活動區域附近,其導致了非常強的光約束性。
氮化物量子結構是制備紫外乃至深紫外發光二極管、探測器,以及激光器的核心結構和關鍵材料。然而,由于生長過程中存在晶格失配大、氣相預反應強等問題,想要制備出具有原子尺度的陡峭界面和均勻組分的量子結構材料具有一定難度。特別是生長特征尺度達到單個分子層量級的氮化物量子結構,涉及的生長動力學過程尤為復雜,制約了超晶格、量子阱等結構品質的提高。
廈門大學高娜帶來了題為“可原子尺度精確調控的AlN/GaN結構分選生長”的主題報告,從晶體生長熱力學角度出發,采用第一性原理模擬了原子反應單體在晶體生長表面的化學勢,以揭示反應單體隨生長氛圍變化的規律。結合具體的研究,所生長的AlN/GaN結構界面陡峭清晰且原子層量級可辨,實現了對生長單體的分選,達到吸附單體的一致和原子級表面平整度,為紫外和深紫外波段內不同單色波長的高精度量子結構制備奠定了材料基礎。
深紫外(DUV)和極深紫外(EUV)探測器在光刻、天文監測以及國防預警等諸多領域具有非常廣闊的應用前景。在適用于DUV和EUV探測的所有寬禁帶半導體材料中,碳化硅(SiC) 因其可見光盲、漏電流低和抗輻射性能好等優良特性能而受到了廣泛的關注。南京大學王致遠做了題為“用于DUV和EUV探測的高性能SiC肖特基勢壘光電二極管”的主題報告,結合具體的實驗研究,制備了一種大尺寸、低漏電的Ni/SiC肖特基二極管,并對其在DUV和EUV波段的光電探測性能進行了表征分析。
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