《GaN LED的MOCVD隧道结》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2020-11-16
  • 美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的隧道结微米级蓝色发光二极管(TJμLED)具有迄今为止记录的最高性能。

    研究人员在蓝宝石上使用了商用蓝色LED材料作为TJ结构过度生长的模板。还生产了没有InGaN夹层的样品和SAG生产的结构。快速热退火重新激活p型掺杂。SAG工艺涉及二氧化硅柱的创建,在重新激活退火之前将其除去。通过热退火分解p-GaN中的Mg-H络合物并去除氢原子是激活p-GaN的关键点,最后进行LED的制造。

    在隧道结中具有3nm n-InGaN中间层的SAG和非SAG器件对于高达100μm的器件实现了合理均匀的光输出强度。该团队注意到参考TJμLED的发光图像不一致,边缘处的电发光(EL)强度更高,而EL强度更暗在中心区域。

    InGaN TJ和SAG InGaN TJ之间的差异体现在Vf性能上,SAG工艺可产生较低的值,该值可维持到100μm的尺寸。Vf较低意味着对于给定的电流注入,输入功率较低,从而提高了效率。

    SAG InGaN TJ的3.08V至3.25V之间的变化要小得多。通过SAG孔增强的氢向外扩散解释了性能的提高。来自同一外延晶片的具有ITO接触的μLED的Vf在2.93V至2.97V之间变化,并且取决于尺寸。

    研究人员比较了具有和不具有SAG增强功能的InGaN TJμLED的外部量子效率(EQE)。在同一晶片上生产了具有ITO触点的LED。器件尺寸均为100μm。 ITO触点在20A / cm2时,EQE为48%,SAG InGaN TJ为54%,普通的InGaN TJ则为50%。研究人员认为EQE的增加是由于透明性、电流扩散和光提取效率的提高。

相关报告
  • 《改善氮化镓μ发光二极管的MOCVD隧道结》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2020-07-19
    • 美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)发布了具有通过金属有机化学气相沉积法生长的具有外延隧道结(TJ)的氮化镓(GaN)基微型发光二极管(μLED)的最低正向电压( MOCVD)。该电压仅略高于使用铟锡氧化物(ITO)透明导电电极的电压。 UCSB团队使用选择性区域生长(SAG)技术来创建带有穿孔的隧道结层。 TJ中的穿孔孔用于在退火期间释放氢,以激活结的下层p-GaN层。氢钝化p-GaN的镁受体能级,抑制其捕获电子的能力并在价带中产生空穴。尽管可以使用分子束外延(MBE)来避免GaN TJ结构中的氢,但MOCVD在制造中是优选的。 与传统的p电极相比,使用TJ结构带来的好处包括简化制造、改善电流扩散和降低光子吸收率。通过将蓝色/绿色/红色μLED直接集成在与TJ连接的级联结构中,可以启用新的设备架构。 LED的制造过程包括:用四氟化硅反应离子进行台面蚀刻,使用缓冲氢氟酸去除二氧化硅柱,在氮气中进行700°C退火以从p-GaN中驱除氢,从7对二氧化硅和五氧化钽层形成全向反射器,以及用于触点和金属焊盘的铝/镍/金沉积。 使用安装在银接头上并封装在硅树脂中的切块设备进行测试。已发现,与没有n +-/ n-GaN层穿孔的类似参考MOCVDTJ-μLED相比,在整个器件上发射的辐射更加均匀。实际上,在参考器件的边缘处的发射更大,这很可能是由于退火过程中氢的侧壁向外扩散所致。带有穿孔的TJ-μLED的电气性能也很出色,对于给定的注入电流密度,可提供更紧密和更低的正向电压。相比之下,参考器件在更大的面积上显示出增加的正向电压,这表明在这些情况下,退火期间氢侧壁向外扩散的有效性降低。
  • 《通过掺锗隧道结增强AlGaN空穴注入》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2020-02-03
    • 法国蔚蓝海岸大学已使用锗(Ge)掺杂来改善注入氮化铝镓(AlGaN)紫外线(UV)发光二极管的电流。 掺Ge层用于创建隧道结(TJ)的n型侧面,以提供用于注入并与量子阱(QW)发光有源区中的电子复合的空穴。在分子束外延(MBE)中,硅倾向于与用作氮源的氨(NH3)反应,从而限制了其掺杂效率,锗不太容易发生这种反应。 在可见的436nm波长蓝色LED中,使用隧道结可降低给定电流注入所需的电压,对于100和500A / cm2的电流密度,具有和不具有TJ的GaN LED的电压均从5.6V降至5.3V,分别从7.0V至6.6V。相应的光输出功率从0.7mW增加到0.9mW,从2.3mW增加到2.9mW。GaN TJ与它的参考之间的光功率略有改善是由于半透明的Ni / Au电极得到了抑制,因此TJ基LED具有更好的透明度。 就AlGaN QW LED的光学性能而言,TJ结构在注入1000A / cm2时提高了输出功率,带IL的TJ为12μW,不带IL的TJ为5.3μW,而参考器件为1.9μW。由于AlN缓冲层中的高位错密度(> 1010 / cm2),这些值与当前的现有技术相比较低,这降低了AlGaN / AlGaN QW的内部量子效率(IQE)。 研究人员认为,输出功率的提高源自使用TJ促进的电注入效率的提高。当TJ从平衡空穴注入LED时,量子阱中电子与空穴之间的平衡得到改善,从而提高了注入效率。换句话说,尽管由于缺乏空穴并在p区重新结合,电子倾向于在标准UV LED的QW上方溢出,但在基于TJ的UV LED中,电子从TJ注入的空穴在量子阱中重新结合。