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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: 129
【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-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1.3μm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]和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。
图1 表面钝化InGaAsP LED脊示意图
使用MOCVD在InP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 Al2O3,4nmTiO2,3nm Al2O3)。两个样品均经快速热处理(350℃,5min,N2),完成表面钝化。图1展示了器件的示意图。
图2(a)室温下连续波光致发光测量的 L-L 曲线(b)4 μW 泵功率时的光谱
图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/dec和1.02dec/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倍,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。
图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。
图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0.61ns、29.95ns和207.47ns。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也源于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,为高质量薄膜材料提供了快速升降温、高稳定性的、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(RTP,Rapid 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吋样品,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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