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科技前沿 | Research Review



          深紫外 LED :使用纳米图形增加光提取







          AlN 纳米柱阵列上生长的深紫外 LED 增加了 LED 的光输出。



          来    自韩国的研究人员
               通过引入具有空气
          隙的周期性纳米尺度图
          案,提高了深 UV LED
          的光提取效率。他们通
          过 4 英寸蓝宝石衬底上
          的纳米级光刻和外延层
          二次生长,获得 280nm
          的发光结构,实现了晶
          体质量和光提取的改善。
             该团队的发言人、
          来自首尔国立大学的
          Euijoon Yoon 认为,这项
          工作最重要的进展是在
          1050℃温度下使用的外
          延层二次生长。
             “据我们所知,           (a)纳米图案化的蓝宝石上AlN模板形成了深紫外LED的改进基础。(b)和(c)纳米图案蓝宝石的扫描电子显微镜图片。
          1050℃是 AlN 外延层二次生长的最低温度,”Yoon 说。据                   折射率对比,从而提高了光提取效率。在这些周期性结构上,
          他介绍,MOCVD 反应室中微观外延层二次生长的典型温度                        Yoon 和同事们实现了 300 微米 ×300 微米的 LED,其中有
         为 1300℃至 1400℃,而纳米尺度的温度范围则是 1100˚C 至                 5 个周期的多量子阱和 15nm 厚的掺镁 AlGaN 电子阻挡层。
         1200˚C。                                              他们还制作了未图案化 AlN 模板上生长的对照样品。
             首尔国立大学的 Yoon 团队与浦项科技大学和三星电子                          根据扫描电子显微镜图像,纳米图案的引入让 n 型
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         的研究人员合作开始制造深紫外线 LED,首先通过加载 4                         AlGaN 层的穿透位错密度从 6×10  cm 减少到 4.4×10 cm 。
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         英寸的 c 面蓝宝石衬底到 MOCVD 反应室中,沉积厚度为 1.3                       由于引入了微小的空隙,所以在 20mA 驱动下的 50 个
         微米的 AlN。                                             LED,其室温测量显示出光输出功率增加了 67%。
             之后,在 AlN 层上旋涂平均直径为 700nm 的二氧化硅                       空隙也使得工作电压得以降低,从 10.8V 下降到 9.3V。
         纳米球,然后使用氯基刻蚀将图案转移到下面的 AlN 上(参                        尽管如此,电压仍然很高,部分原因是使用了可见光的 n 和
         见图)。这形成了典型直径为 630nm,高 1.3 微米的纳米柱。 p 接触。
         将衬底浸入氢氟酸中从而除去了残留的纳米球。                                   “我们正在努力通过引入低电阻欧姆接触方案,以及优
             研究人员将图案化衬底加载到 MOCVD 反应室中,在                       化 n 型 AlGaN 和 p 型 GaN 接触层的生长和掺杂条件,c 从
         其上生长一层厚度为 5.2 微米的 AlN 膜,随后生长 LED 外                   而来提高我们深紫外 LED 的电学性能,”Yoon 解释说。
         延结构。尽管生长温度低,2μm 的二次生长仍然实现了完全                             提高深紫外 UV LED 效率的另一个选择,是将器件进
         的合并。这样的薄膜可以保证低的制造成本。                                 行封装。“由于光提取效率和散热性能的提高,我们预计
             围绕 AlN 纳米柱,位于二次生长 AlN 层和蓝宝石之间, LED 性能会改善。”
         存在着周期性的空气隙,这会带来两个明显的好处。一是
         通过减少外延层和下面蓝宝石之间的接触层,从而缓解了                            参考文献
         AlN 膜的应力 ;另外就是形成了 AlN 和空气之间周期性的                          D. Lee. et al. Appl. Phys. Lett. 110 191103 (2017)


        36    化合物半导体 2017年第4期                                                      www.compoundsemiconductorchina.net
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