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利用 ITO 改善紫外 LED

2019/4/17 13:20:06      材料来源:化合物半导体

 

用基于锡的金属有机物进行清洗可提高 ITO 的透射率,并降低采用该二极管的 LED 的工作电压

 

紫外 LED 的成本包括复杂的器件处理,比如倒装芯片封装或衬底剥离,这是解决 p AlGaN 的低空穴密度问题所需要的。但是,据一支来自中国中山大学的研究团队称,p GaN 的相关问题可通过引入一种采用 MOCVD 工艺生长的 ITO 透明电极来克服。

 

该研究团队的发言人 Gang Wang 表示:“我们认为自己的 MOCVD-ITO 技术能够在长波紫外线 (UVA) 和中波紫外线 (UVB) 的波长范围内实现高透射率,并使 UV 光电器件的制造既廉价又容易。”

 

该研究团队的技术有另一个优势,即:对于给定的电流密度,它使得 UVA LED 能够在较低的电压下工作(见图)。

 

ITO 在蓝光 LED 中常用作一种透明导电氧化物,但是将其转移到 UV LED 并不容易,这是因为 p 型氮化物的高功函数会阻碍 ITO 电极与 LED p 型半导体上层之间形成欧姆接触。

 

Wang 解释说:“通过界面处理,我们改变了界面属性,从而降低了 ITO/LED 界面上的肖特基势垒。”

 

这支研究团队尝试使用了多种界面处理方法,用氧气、三甲基铟 (TMI) 和四(二甲氨基)锡来清洗界面。结果证明,采用后者(被称为 TDMASn)是改善 UVA LED 性能的最有效的界面处理方法。

 

Wang 指出:“我们想强调的是,原位处理可能仅采用 MOCVD 工艺实现。如果 ITO 是采用其他方法生长的,比如磁控溅射或热蒸发,那么原位处理似乎是不可能的。”

 

ITO 薄膜是采用该公司自制的一种 MOCVD 工具添加的。

 

Wang 解释道:“我们构建了自己的实验室制作的 MOCVD 系统,因为我们认为用于氧化物的 MOCVD 系统可能更便宜。”他指出,用于生长氮化物的类似工具更加复杂。“设计人员必须将生长室与大气相隔离,以抑制氧污染物。”

 

对于氧气,显然不存在与氧污染有关的问题。所以,MOCVD 工具的设计大为简化,而且其成本低得多。

 

研究人员揭示了使用 TDMASn 方法进行清洗的好处(采取基于 AlGaN LED 结构,并运用 MOCVD 工艺沉积 85 nm 厚的 ITO 层)。对于控制,他们直接在器件上沉积 ITO;另外,他们还推出了两种替代方案,包括使用 TMI TDMASn 的中间 6s 清洗。

 

采用这些外延片制作 250 μm x 760 μm LED,工程师也运用三种不同的处理方法来制作隔离式 ITO 薄膜,以确定这些工艺对于氧化物穿透率的影响。所有三个样本都具有超过 90% 的穿透率(在 368 nm 波长),而采用 TDMASn 界面处理方法形成的薄膜变型则具有最高的透射率,数值达到 95.9%

 

TDMASn 清洗的其他好处包括表面粗糙度的下降、薄层电阻的减小、以及正向电压的降低。当驱动电流为 100 mA 时,该 LED 工作在 3.83 V,比采用其他工艺制成的同类 LED 的工作电压低 0.1 V 以上。

 

Wang 解释说:“目前,我们在倒装式芯片 UVA LED 中将我们的 MOCVD-ITO 用作电极。”在传统的倒装式芯片 LED 中,金属反射镜具有双重作用,兼用作反射器和电极。然而,由于反射镜的反射率不如分布式布拉格反射镜,因此 Wang 和他的同事们正试图将分布式布拉格反射镜与 ITO 相结合以提高取光效率。

 

“另外,我们还专注于大尺寸、1W、高功率 UVA-LED 及其在 UV 固化中的应用。”

 

 

图注:用四甲基氨基锡进行清洗可改善 ITO 和 GaN 之间的界面,从而形成具有较低正向电压的 UV LED。


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