20 июля 2022 г.
Нитрид галлия (GaN) и его сплавы (т.е. полупроводники III-нитрид) являются основой твердотельного освещения, а также радиочастотной и силовой электроники следующего поколения. Большая часть НИОКР в этой системе материалов в настоящее время сосредоточена на ее обычной гексагональной (т.е. вюрцитной) фазе.
Однако его кубическая (т.е. цинковая обманка) фаза имеет больше присущих преимуществ. К ним относятся: отсутствие поляризации в направлении роста <100>, меньшая ширина запрещенной зоны, меньшие эффективные массы электронно-тяжелых дырок, меньшие потери Оже, большее оптическое усиление, меньшее время жизни излучательной рекомбинации, меньшая энергия активации p-легирования, более высокая подвижность дырок и большее смещение зоны проводимости.
Таким образом, кубические полупроводники из нитрида III могут позволить создавать устройства следующего поколения, такие как светодиоды видимого диапазона (LED) из нитрида III без падения эффективности и выращенные, нормально выключенные источники питания из нитрида алюминия-галлия / нитрида галлия (AlGaN / GaN). транзисторы. Однако синтез кубического GaN оказался непростой задачей из-за его метастабильности.
В «Структурных и оптических свойствах кубического GaN на Si(100) с U-образной канавкой» (J.Lee, YCChiu, MAJohar and C.Bayram, Appl. Phys. Lett. 121, 032101 (2022)), группа из Университета из Иллинойса в Урбана-Шампейн (UIUC) группа сообщила о прорыве в материалах из нитрида III: синтезе – методом металлорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) – стабильной и чистой фазы кубического GaN с низкой плотностью дефектов на масштабируемой силиконовая платформа.
В частности, исследования с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) показывают, что в кубическом GaN отсутствуют заметные прорастающие дислокации и низкая плотность дефектов упаковки 3,27 ± 0,18×10.4см-1.
Исследователи изучают структурные и оптические свойства и с помощью температурно-зависимых измерений фотолюминесценции с временным разрешением демонстрируют высокую внутреннюю квантовую эффективность (IQE) кубического GaN на краю полосы после выращивания, составляющую ~ 26% (25,6% ± 0,9%). .
Помимо дальнейшего определения уровней оптических дефектов, исследователи сообщают о методе селективного травления низкотемпературного буферного слоя AlN, SiO.2 боковые стенки и GaN с гексагональной фазой. Это увеличивает эффективность до ~ 32% (31,6% ± 0,8%), что связано с уменьшением времени жизни излучательной рекомбинации за счет удаления дефектной гексагональной фазы GaN. Это также указывает на потенциальный путь получения сплошной кубической пленки GaN.
В целом, команда UIUC считает, что, сообщив о кубическом GaN на кремнии с U-образными канавками с высоким структурным и оптическим качеством, они продемонстрировали обнадеживающую ступеньку для создания следующего поколения устройств на основе III-нитрида с кубической фазой.
Светодиоды кубической фазы из нитрида III преодолевают падение эффективности
Падение эффективности вдвое меньше у светодиодов InGaAlN с кубической фазой по сравнению с гексагональной
Падение эффективности шнека
