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RTP快速退火炉在促进InGaAsP LED表面钝化中的应用

  • 分类: 行业知识
  • 作者:周酉林
  • 来源:本站
  • 发布时间:2024-05-30
  • 访问量: 79

【概要描述】III-V族InP/InGaAsP/InGaAs材料家族对于光电子器件非常重要,特别是在1.55和1···

RTP快速退火炉在促进InGaAsP LED表面钝化中的应用

【概要描述】III-V族InP/InGaAsP/InGaAs材料家族对于光电子器件非常重要,特别是在1.55和1···

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III-VInP/InGaAsP/InGaAs材料家族对于光电子器件非常重要,特别是在1.551.3μm波段的光学发射和吸收,这对于光学互连非常重要[1]。然而,InGaAsP/InGaAs通常相对于Si[2]InP[3]具有较高的表面重组速度,这会降低器件的效率并增加噪声。过去的方法包括使用不同的表面处理技术,如氢钝化、化学钝化等。然而,这些方法存在一些问题,如表面钝化效果不稳定、需要高温处理等。

Andrade等人[4]提出了一种高效的表面钝化方法,即使用硫饱和铵溶液对表面进行处理可以显著提高光电子器件的性能,如提高光发射器件的光致发光强度和降低表面重组速度。在这里,研究人员展示了使用饱和的硫化铵和原子层沉积相结合来钝化表面。快速退火后,表面钝化导致表面复合速度降至45cm/s以下,相当于宽度为200nm的纳米发光器件的发光强度增加了>180倍。

240530-图一.png 

1 表面钝化InGaAsP LED脊示意图

使用MOCVDInP上生长外延层。通过图案化刻蚀成高210nm、长1lm、宽不同的山脊。样品经过清洗后。接着在氨硫化氢溶液((NH4)2S#1 或者 (NH4)2S#2],)中浸泡20分钟,用异丙醇冲洗后放入ALD中,沉积介电层(3nm Al2O34nmTiO23nm Al2O3)。两个样品均经快速热处理(350℃5minN2),完成表面钝化。图1展示了器件的示意图。

240530-图2.png

2a)室温下连续波光致发光测量的 L-L 曲线(b4 μW 泵功率时的光谱

2(a)展示了宽度为200nm的器件在蚀刻和钝化后的L-L斜率变化,分别为1.62dec/dec1.02dec/dec。这表明在这些功率下,辐射复合占主导地位。在最低泵功率下,200nm宽度的PL增加了180,预计在低泵功率下比率会更大。超过40μW泵功率的钝化测量后斜率下降可解释为带填充,而非Auger复合。图2(b)展示了室温下连续波-荧光测量的L-L曲线和光谱,器件宽度为200nm,脊结构长度为1000nm。在4μW下,1300nm长通滤波器以下的谱部分较小,但随着泵功率增加,峰值功率向短波长移动,而1300nm以下的谱部分不再微不足道。

240530-图3.png


3 a不同处理方式后测量的200纳米宽的脊的衰减曲线

b)表面再结合速度与宽度之间的关系。

3(a)展示了蚀刻后与表面钝化后的衰减曲线示例。经过蚀刻的200nm宽度的山脊,经过(NH4)2S#2 钝化和(NH4)2S#1 钝化的A0寿命分别为0.61ns29.95ns207.47ns。图4(b)显示了有两个区域:在窄的山脊宽度下,表面再结合速度呈指数增长(以虚线表示),而在较宽的山脊下,表面再结合速度大致保持不变(以黑色实线表示)。其中,灰色区域代表6个标准差。显然,表面钝化后具有更高的A0寿命和更低的表面再结合速度。

 

表面钝化InGaAsP LED具有的低表面复合速度和高发光强度源于RTP快速退火炉的良好表现,RTP系列产品是武汉嘉仪通科技有限公司的核心产品,在薄膜材料制备及热处理方面展现出诸多优势,形成鲜明的行业竞争力,高质量薄膜材料提供了快速升降温、高稳定性高均匀性的高温场和气氛保护或反应气体,具体表现在

 快速升温的高温场能够促进(NH4)2S/金属层的热扩散,通过反应形成了薄薄的阻隔层;

 高温条件下的快速热处理有助于降低(NH4)2S层的热扩散深度,降低对器件层的影响;

 保护气氛有助于避免钝化层或金属层的高温氧化,避免出现杂相或者副反应。

此外,嘉仪通快速退火炉(RTPRapid Thermal Processing)产品,采用红外辐射加热及冷壁技术,可实现对薄膜材料的快速升温和降温,同时搭配超高精度的温度控制系统,可达到极佳的温场均匀性和稳定性。

嘉仪通(JouleYacht)快速退火炉系列可处理1-12样品,对材料的金属合金化离子注入后退火、快速热处理、快速热退火、快速热氧化及快速热氮化等研究和生产起到重要作用。

 

参考文献:

[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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