AlPN扩展了氮化物家族

AlPN外延层的生长有望得到更好的高电子迁移率晶体管（HEMTs）和垂直腔面发射激光器（VCSELs）

名古屋大学的研究人员与日本可持续发展材料系统研究所之间的合作声称通过生产组分为AlPN的第一外延层而开辟了新的天地。这种与GaN晶格匹配的三元体系有望改善GaN HEMT和VCSEL的性能。

晶格匹配的AlPN可以通过引入非常高的极化来转换HEMTs，从而导致沟道中有很高的载流子浓度。早期结果非常令人鼓舞，未经优化的样品，其薄层的方块电阻仅为150±50Ω/□。

对于GaN基垂直腔面发射激光器（VCSELs），AlPN可能会改变原有的规则，从而简化并改善了反射镜的制造过程。在日本团队工作之前，GaN和AlInN提供了唯一可用于生长反射镜的氮化物对。用这种方法，反射镜的生长需要12个小时或者更长的时间。这是由于其存在以下三方面的缺陷：需要很多镜像对；三元系的生长速度缓慢；GaN和AlIN之间需要有温度梯度，且生长温度的偏差必须控制在3℃以内。

这些问题归咎于生产集成有两个基于GaN反射镜的VCSEL所需要的生长时间太长。取而代之的是，设备倾向于将一个基于GaN的镜与另一个由电介质制成的镜结合在一起。

研发这种新型合金的团队的发言人，名古屋大学的Markus Pristovsek说，改用AlPN和GaN制成的反射镜有望将生长时间缩短到2-3小时。据他介绍，节省大量时间的原因在于三元化合物有更快的生长速度和反射镜对数量的减少，这要归功于两种氮化物之间有更大的折射率差异。

三元氮化物的开发历史悠久，从1996年至2005年间研究者们针对AlPN的表亲GaPN进行了一些研究。在那些年中，研究人员发现，由于磷的键长较短、原子尺寸较小，当磷的含量超过3-4％时，磷原子便会进入镓位点。而添加铝提供了解决这个问题的方案。

1999年，松下为AlPN和AlGaPN申请了专利。Pristovsek指出：“然而，却从来没有发表过相关的工作”，他认为要么是尝试失败了，要么就是申请专利只是为了扩大知识产权范围。

Pristovsek从2012年开始积极追求AlPN。“在柏林工业大学申请专利的第一次尝试失败了，因为他们认为绝对没有商业价值，专利也赚不到钱，甚至都不能回本。”

迁至剑桥大学使得Pristovsek能够有资金来研究AlPN研究。然而，当订购了可提供磷源的叔丁基膦（tBP）起泡器时（磷化氢是有毒的，在许多实验室中是被禁止的）时，Pristovsek已获得名古屋大学的教授职位。

在2016年，他花了一些时间为他的实验找到了一个未被充分利用的反应器，并将一条金属有机管线转化为tBP。第一批外延片布满了裂纹，但是后来通过增加tBP的流量解决了这个问题。

提高叔丁基磷化氢的流量增加了磷氮比，并降低了AlPN层中裂纹的密度

Pristovsek和他的同事们转向利用X射线衍射来研究蓝宝石基氮化镓模板上的，厚度为60nm的AlPN层的晶体结构。测量仅产生了氮化镓、蓝宝石和应变AlP 0.103 N 0.897的反射信号，表明该三元化合物是纯的纤锌矿结构的AlPN。根据该合金衍射峰的位置可以知道，为了确保晶格匹配，该三元合金的组成需要为AlP 0.106 N 0.894。

对AlPN厚度为分别为180纳米、315纳米和665纳米的样品的椭圆偏振测量结果表明，当与GaN实现晶格匹配时，该三元化合物的折射率约为1.95至2.05。厚度为655纳米的样品存在法布里-珀罗振荡，表明这种合金的带隙约为5.5电子伏。

该团队的下一个目标之一是开发具有AlPN层的氮化镓HEMTs。