高温退火硅掺杂AlGaN层的表面改良及其在UVB LED异质结构生长中的应用

本文创新性地采用ICP刻蚀技术改善高温退火(HTA)处理的Si掺杂AlGaN层表面形貌，通过优化刻蚀厚度在保持低位错密度(TDD<109 cm-2)的同时消除Ga流失导致的表面凹坑，并采用伪晶AlN覆盖层实现表面平滑化，为制备高效率UVB LED（xAl<0.5）提供了优质模板材料。

　　

Highlight

高温退火(HTA)工艺虽能显著降低AlGaN中的穿透位错密度(TDD)，但会导致Si掺杂AlGaN表面因Ga流失形成凹坑和纳米柱结构。本研究通过电感耦合等离子体(ICP)刻蚀成功去除受损表面层，在维持低TDD的同时恢复材料透明度，并通过沉积伪晶AlN覆盖层实现表面平滑化，最终获得适用于UVB LED异质结构生长的优质模板。

Experimental section

实验采用AIX2400G3HT行星式金属有机气相外延(MOVPE)系统，在AlN/蓝宝石模板上生长Al组分(x_Al)分别为0.48/0.68/0.78的Si掺杂AlGaN层（掺杂浓度2×10¹⁹ cm^-3）。通过精确控制三甲基铝(TMAl)和三甲基镓(TMGa)流量（87-187/186-287 μmol min^-1）及生长温度实现组分调控。

Results and discussion

二次离子质谱(SIMS)分析显示HTA处理后表面存在显著Ga流失（见图2a）。ICP刻蚀实验表明：当刻蚀厚度适当时，x_Al=0.68样品的面内晶格常数a仍大于参考AlN层，且X射线衍射(XRC)半高宽维持较低值。但过度刻蚀会导致x_Al=0.48样品出现凹坑并增大表面粗糙度（见图5）。

Conclusions

研究证实通过优化ICP刻蚀参数可有效改善HTA-AlGaN:Si表面质量，其关键突破在于：①保持低TDD（~10⁹ cm^-2）的同时消除Ga流失缺陷；②通过伪晶AlN覆盖层使RMS粗糙度降至0.5nm以下；③成功应用于UVB LED异质结构生长，为提升器件效率(>5%)奠定材料基础。