由二氧化硅图案选择性生长GaN薄膜的斜侧壁方面的InGaN发光二极管.doc

选择性生长GaN薄膜的二氧化硅斜侧壁InGaN发光二极管 Jinn-Kong Sheu,1,* Kuo-Hua Chang,1 Shang-Ju Tu,1 Ming-Lun Lee,1,2 Chih-Ciao Yang,1 Che-Kang Hsu,1 and Wei-Chih Lai1 1光电科学与工程学院,先进的光电技术中心和中心为微/纳米科学与技术,国家成功大学,70101,台湾台南市2部门的光电工程、南台湾大学,台南,台湾* jksheumail.ncku.edu.tw文摘:在这项研究中,基于氮化镓发光二极管(led)和自然形成的斜侧壁 (OSFs)是通过选择性再生过程制造。二氧化硅层是在掺杂n-GaN模板层而不是蓝宝石衬底。因此,外围的几个OSFs LED在GaN层。在处理过程中、干蚀刻对于曝光了n gan底层层以形成欧姆接触的n型是不必要的。这可能是由于这样的事实,即n gan模板层与一个电子浓度约81018 /立方厘米被曝光后,去除了二氧化硅掩模层。与注入电流20 mA,基于氮化镓发光二极管与OSFs表现出21%的增强在光输出与那些有垂直侧壁面。增强是因为光子提取OSFs可以减少内部吸收的损失。2010美国光学学会OCIS代码:(230.3670)发光二极管;(230.0250)(230.5590)光电子学;量子阱设备。引用和链接1e . f舒伯特,发光二极管,pp.150 - 160(第二版,剑桥大学出版社、剑桥,英国,2006)。2x。a .曹王圣洁Pearton,a .张平,g . t .铛,f . Ren,r . j .,l . Zhang出r海克曼和jm范霍夫,“电效应的等离子体损伤在p gan”,达成。列托人。75(17),2569(1999)。3cm蔡,jkpt王,许凤,wc赖,s c . Shei王圣洁Chang Kuo,c . h,c . w .郭,y . k .苏”、“效率高、防静电特性的改进基于氮化镓发光二极管与自然纹理的表面增加了金属有机化学气相沉积”,IEEE光子。工艺。列托人。18(11),1213 - 1215(2006)(参考文献。4jk许凤,c . m .蔡,m . l . 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LED-I典型的光输出电流(电流)的特点与LED-II裸芯片形式;插图显示了典型的光束模式是从LED-I和LED-II。图2展示了各自的典型的光输出电流特征的LED-I和LED-II在裸芯片形式。当一个20 mA直流时，所有的发光二极管发射波长约为460nm。设备的光输出总量使用允许光通过的积分球来测量，用来收集LED从各个方向发射出来的光线。图2的结果表明,通过利用可选择的生长过程形成OSFs，LED-I的光输出与LED-II同级相比明显提高了21%。LED-I光输出的增强可以归因于减少了在活跃层光子被再吸收的的概率。这假设可以通过测量被研究的LED的光束轨迹得到间接支持。正如图2的插图所示，在一个20 mA直流驱动电流驱动下的LED-I和LED-II典型的光束轨迹。这个图清楚地表明,LED-I显示一个更广泛的光束轨迹由于这样的事实,即光子从LED-I侧壁面提取的百分比高于LED-II,这导致了前者有广泛的光束轨迹。对于基于氮化镓传统LED，大部分的光线来自于一个各向同性源的GaN /空气界面,包括四个侧面和一个个表面,可以吸收全部内反射或菲涅耳反射,少量的光透过GaN /空气界面来到空气中。光子从变形半导体表面发射出的逃逸概率高于由平滑半导体表面逃逸出的概率 1。理论上，蓝色光撞击在顶部GaN /空气界面的临界角(c)大约是23.5度。因此，一个生长在反射表面和四个垂直侧壁面的蓝宝石LED-II可以导致当光子的入射角小于c的时候陷阱内的大部分光子的波导模式的。如果光子没有被材料完全吸收，那么就只有很少的光子从侧壁面来到LED外。然而,对于LED-I来说，斜面可以提供多个机会给光子逃离了LED侧壁面。这使更多的光子从OSFs中被提取，以至于产生了一个更广泛的光束轨迹。这意味着光子逃逸出LED之前在LED-I的平均路径长度短于在LED-II的平均路径长度。因此，在LED-I的光输出强度可以归因于内部吸收损失的减少。图3. LED-I 和 LED-II电流-电压和动态电阻的特点.考虑到LED-I的电气属性，硅或氧原子能够扩散到n-GaN模板层而导致在750到1000 C 的条件下GaN层表面的再生过程有一个重参杂12,13。在这个研究中，分别为Cr/Au的非合金金属d 干蚀刻表面，蒙面模板n+GaN层所有显示线性电流-电压特性和展示特定的约3 10-4 and 1 10-4 cm2接触电阻(c)。图3是横向(LED-I)和纵向(LED-II)侧壁面发光二极管的电流-电压特性。LED-I和LED-II在20 mA条件下的电压(Vf)测量值大约3.10和3.12 V。串联电阻(Rs)决定通过动态电阻的提取(图3) 在LED-I和LED-II几乎是相同。这个结果可以归结于这一事实，在蚀刻GaN表面的Cr / Au的c参数可以与沉积二氧化硅表面n-GaN模板层相比。4结论总之，本研究表明通过应用选择性再生自然形成的斜面的基于氮化镓发光二极管的电气和光学性质方法。基于斜面氮化镓发光二极管在20 mA直流条件下光输出加成了21%。这个加成可以归因于光子提取路径长度和内部吸收损失的减少。尽管二氧化硅蒙面沉积n-GaN模板层Cr / Au的c参数略低于蚀刻的GaN表面，LED-I的串联电阻和20 ma直流驱动下的正向电压几乎与LED-II完全相同的。因此，通过在n-GaN模板层的二氧化硅层蒙面的选择性再生过程并不会降低LED-I的电气属性。鸣谢这项工作是由能源局，合同号为98 - d0204 6的经济部部分支持。作者也承认用于金融支持的研究补助的国家科学委员会Nos. NSC 97-2221-E-006-242-MY3 and 98-2221-E-218-005-MY3。