的ar-植入的aln 藍寶石襯底上生長的氮化鎵系發(fā)光二極管與嵌入的空氣空隙

1、的Ar植入的植入的AlN藍寶石襯底上生長的氮化鎵系發(fā)光藍寶石襯底上生長的氮化鎵系發(fā)光二極管與嵌入的空氣空隙二極管與嵌入的空氣空隙許進恭12，一，尚菊涂1，玉鄉(xiāng)葉1，李銘倫，一，和賴偉志121光子學(xué)與先進的光電技術(shù)中心，國立成功大學(xué)，臺南市70101，臺灣研究中心能源科技與策略中心微納米科學(xué)與技術(shù)研究，國立成功大學(xué)，臺南市70101，臺灣3部光電工程，南臺灣科技大學(xué)，臺灣臺南縣71001（2012年8月252012年9月在網(wǎng)上公布2012

2、年10月8日）最近，圖案化藍寶石襯底（PSS）上生長的GaN基發(fā)光二極管（LED）來創(chuàng)建一個粗糙的GaN藍寶石接口，并從而提高光的輸出功率，有1，2的這個過程大規(guī)模生產(chǎn)成為一個成熟的技術(shù)。周圍的GaN藍寶石接口創(chuàng)建一個光散射層，以避免光導(dǎo)效應(yīng)。在自組裝的外延生長過程中自然形成的紋理，在頂端的GaN空氣和或底部的GaN藍寶石接口，3相反，生長的GaN基LED，需要額外的處理，即，對PSS藍寶石表面是最初紋理使用濕化學(xué)或等離子體蝕刻在外延生

3、長之前，由金屬有機物汽相外延（MOVPE）1，2此外，實現(xiàn)合理的良好的質(zhì)量的晶體的生長條件是強烈依賴于深度和間距的PSS圖案4，5和成核層。的藍寶石襯底和GaN層的成核層之間的錯位的大小的關(guān)鍵點之一。成核生長條件，以及由此帶來的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌再結(jié)晶后的流動高溫GaN層的質(zhì)量是至關(guān)重要的。6日元等。7最近報道的易地成核層AlN的濺射法制備，可以有效地在藍寶石襯底上生長GaN基LED的改善的性能。此外，濺射AlN成核層使一個步驟的GaN

4、外延，以減少外延的生長時間和熱循環(huán)。8在本研究中，旨在實現(xiàn)的光散射層的GaN基LED的有源層的下方的方法被證明改善的光提取效率（李）。相反，上述的方法，制備的無線電頻率（RF）的AlN成核濺射最初沉積藍寶石基板上，然后進行的選擇性區(qū)域Ar離子注入定期創(chuàng)建的AlN層上的損傷區(qū)域。氬氣注入的AlN藍寶石襯底服務(wù)（AIAS）為模板。接著，的AIAS模板被裝入MOVPE反應(yīng)器生長GaN基發(fā)光二極管，而無需請求的常規(guī)低溫成核層6，7，8因此，形成

5、了一系列的空氣空隙周圍的藍寶石氮化鋁氮化鎵接口實現(xiàn)光散射結(jié)構(gòu)下方的有源層用于提高LED的議員。這種技術(shù)提供的事實，基本上是平的，在常規(guī)PSS與凹部和凸的表面相反的表面形態(tài)AIAS。詳細的處理程序和相關(guān)結(jié)果，包括所制作的發(fā)光二極管的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，討論。在這項研究中，25nm厚的易地濺射沉積在AlN成核層的藍寶石基板作為模板。在RF濺射過程期間，AlN的目標(biāo)被用來沉積AlN薄膜，7典型的生長率和AlN薄膜的溫度分別為5nm分鐘和750℃，

6、分別。LED外延結(jié)構(gòu)，Ar離子注入的劑量和能量，其中分別為11016厘米2和100千電子伏，分別生長之前，有選擇地進行的AlN藍寶石模板。定期注入?yún)^(qū)域，創(chuàng)造一個2μm厚的光敏層的遮罩層。對PR掩模層3μ米直徑的圓形的開口被定義：使用標(biāo)準(zhǔn)的光圖2。SEM圖像（a）典型的頂視圖從U型GaN外延層上生長的AIAS的顯微照片，（二）從有代表性的LED上生長一個AIAS得到的剖視圖。第一次出現(xiàn)的圖。2a的文章。第一次出現(xiàn)。2b的文章。圖圖3a示出

7、了相對的輸出功率電流（LI）的特性的LEDI和LEDII。用20mA的電流注入，輸出功率的LEDI有一個增強的LEDII相比，在25％的幅度。對于LEDI，嵌入的空氣空隙導(dǎo)致在藍寶石氮化鋁U型GaN的接口中的光散射層。誘導(dǎo)的空隙索引步驟在藍寶石氮化鋁U型GaN的接口，導(dǎo)致從LED逸出的光子的概率增加。換言之，從有源層發(fā)射的光的LEDI經(jīng)歷了顯著的反射和重定向周圍的空氣空隙，并由此導(dǎo)致在較短的平均路徑之前的光子逃脫到自由空間中，如示于圖3

8、b中。12圖3c中示出的顯微鏡照片，取自的LEDI下的操作電流為10mA。上可觀察到的近場的圖像，如在圖3c中的分段表示從在嵌入的空氣空隙的光散射所導(dǎo)致的周期特征。預(yù)期的效果，孔隙大小李加強，模擬光線追蹤建議的LED結(jié)構(gòu)與不同的空隙尺寸。本的情況下，嵌入式與圓錐形狀的空隙的尺寸的高度和底部寬度為0.7μm，用于設(shè)置。帶LEDII中，通過頂面的LEDI顯著高于提取的射線密度比較。的相對較高的射線密度的LEDI歸因于發(fā)射的光反射在藍寶石氮化

9、鎵無效接口和重定向的頂表面，這意味著更大的有效總的內(nèi)部反射角的光入射到空氣中，從而導(dǎo)致在相對較少的內(nèi)部吸收的LEDI。議員的LEDI在此計算中，有一個增強的LEDII相比，在25％的幅度。原則上，LED的議員我可以得到進一步增強，如果底部的寬度分別增加。如果空隙的高度和底部寬度分別增加至3μm時，李LED與嵌入的空隙可以由超過70％的提高相比，未經(jīng)嵌入空隙的LED。12的室溫的電流電壓（IV）特性的LEDI和LEDII的圖4中所示。隨著

10、注入電流20毫安，典型的正向電壓（Vf）分別為3.20V和3.21V的LEDI和LEDII，分別在幾乎相同的VF意味著誘導(dǎo)橫向生長的GaN層的的AIAS基板上沒有顯著的負面影響的LEDI上的串聯(lián)電阻13，但反向的IV特性表明，在LED我有泄漏電流略有高于LEDII。雖然本情況下是不完全一致的常規(guī)案件外延橫向過度生長在GaN上，形成上述的Ar注入的區(qū)域，如在上述段落中提到的空氣空隙，意味著發(fā)生上述的Ar注入?yún)^(qū)域14到橫向生長形成空氣空隙。