Assottigliamento strati III-nitruro p-tipo per potenziare gli effetti dei plasmoni di superficie

- Sep 26, 2017-

Università nazionale di Taiwan ha usato un usato un pre-flusso magnesio durante epitassia per aumentare le concentrazioni di foro in strati di elettrone-blocco alluminio gallio nitruro (AlGaN) in indio gallio nitruro (InGaN) diodi emettitori di luce (LED) [Chia-Ying Su et al, Ottica Express, vol25, p21526. 2017]. questo abilitato più sottili strati di GaN di p-tipo e così potenziato l'effetto di strutture plasmonica di superficie (SP) sulle prestazioni del LED. È sostenuto, in particolare, una larghezza di banda di record di modulazione di 625,6 MHz per c-aereo InGaN LED. Larghezza di banda elevata modulazione è voluta per applicazione per la trasmissione di luce visibile.

I plasmoni di superficie sono le oscillazioni di densità di elettroni delocalizzati. SP di accoppiamento a InGaN pozzi quantici (QW) può migliorare efficienza quantica interna, riducendo gli effetti statismo e aumento di banda. Accoppiamento è aumentata naturalmente come SPs e QW entrano in stretta prossimità. Ciò si ottiene riducendo lo spessore degli strati p-tipo d'intervento dal tipico 150nm per la gamma 38-78nm. Solitamente lo strato p-GaN deve avere un certo spessore per garantire un'adeguata diffusione attuale. Strati più sottili di p-GaN tendono ad aumentare la tensione di accensione e resistenza differenziale.

Il pre-flusso di Mg riduce anche la barriera ad iniezione nella regione attiva QW. I ricercatori commentare: "In questa situazione, anche se una diminuzione dello strato p-GaN ancora può avere gli effetti della crescente tensione di accensione e resistenza differenziale, il miglioramento significativo dell'efficienza di foro iniezione può compensare le prestazioni degradazione a causa della diminuzione di spessore p-GaN."

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Figura 1: Strutture epitassiali di LED.

Materiale epitassiale per i LED è venuto da deposizione di vapore chimico metallo-organici (MOCVD) su c-aereo sapphire (Figura 1). La crescita di p il 18nm-AlGaN EBL è stata preceduta da un magnesio bis (ciclopentadienile) (Cp2Passaggio di pre-flusso mg) a 220 centimetri cubici standard un minuto (sccm).

Il pre-flusso è stato effettuato con i precursori Ga e Al largo, ma con l'ammoniaca (NH3) precursore di azoto su. Durante il pre-flusso il NH3decomposto, creazione di idrogeno che inciso indietro la barriera superiore GaN da circa 5 Nm, riducendo lo spessore finale a 20nm.

Tabella 1: Le strutture e le prestazioni dei campioni di LED.

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Per la crescita di p-GaN il flusso di Cp2MG è stata aumentata a 280sccm. La p di 10nm+-GaN cap utilizzato un Cp 800sccm2Flusso di mg. La temperatura del substrato durante i livelli pre-gas e p-tipo era 970 ° C.

Reference (R) LED erano stati fabbricati con mesas circolare 10μm-raggio. Il pad di contatto p non mettere sulla piccola mesa, ma piuttosto supportato su uno strato di biossido di silicio con capacità parassita ridotto al minimo. Il p-contatto – 20nm/100nm nichel/oro – coperto circa l'80% della mesa, con il restante 20% coperto di 5nm/5nm nichel/oro per la diffusione attuale.

LED con strutture del plasmone di superficie utilizzato 250° C epitassia da fasci molecolari (MBE) per depositare 10nm gallio drogato con ossido di zinco (GZO) come layer corrente-diffusione. La struttura di SP è costituita da nanoparticelle di argento (Ag) (NPs) e uno strato di diffusione ulteriore corrente di 5nm/5nm titanio/oro. Il p-contatto consisteva di 20nm/100nm nichel/oro.

Il GZO-spostamento verso il blu lunghezza d'onda di risonanza delle nanoparticelle d'argento SP verso quello delle emissioni blue dei LED a ~ 465nm (Figura 2). Le nanoparticelle d'argento erano formate da depositando uno strato di 2nm d'argento e poi ricottura a 250° C per 30 minuti in atmosfera di azoto.

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Figura 2: Spettri di trasmissione dei campioni A-SP, SP B e C-SP. verticale tratteggiata linea indica la lunghezza d'onda di emissione QW intorno 465nm.

I ricercatori commentare: "va osservato che il picco di risonanza SP nel lavoro attuale non fa bene coincidono con la lunghezza d'onda dell'emissione QW, come illustrato nella [Figura 2]. Un'accurata regolazione della dimensione NP Ag può blue-shift il picco di risonanza SP per aumentare ulteriormente la SP accoppiamento forza alle lunghezza d'onda di emissione di QW designata (465 nm). In questo caso, la larghezza di banda di modulazione può essere ulteriormente aumentata."

I n-contatti dei LED consistevano di 20nm/100nm titanio/oro.

La crescita di 970° C i livelli di p-tipo ricotto anche il sottostante InGaN singolo quantum Beh, riorganizzando le strutture ricche di Indio cluster che possono portare a superiore a quanto previsto efficienza quantica interna (IQE) tramite la localizzazione del vettore. Tuttavia, troppo ricottura può degradare la struttura di cristallo nel pozzo quantico, riducendo IQE.

Il IQE dei vari dispositivi è stata stimata confrontando la temperatura fotoluminescenza (PL) con quello a 10K (presupposto per essere 100% IQE). Più breve tempri volte sono stati trovati per causare maggiore IQEs (tabella 1). La presenza di Ag NPs ha dato significativo potenziamento SP, specialmente con distanza ridotta per il QW. Il deperimento del tempo-risolta PL era inoltre più veloce con strutture SP.

Il IQE migliorata dei SP-LED ha provocato più luminoso elettroluminescenza. Il languore-tassello dell'efficienza (WPE) dal valore di picco era anche meno gravi nei dispositivi SP. I ricercatori commentare: "va osservato che la densità di corrente iniettata per la massima efficienza nei campioni in esame (1kA/cm2) è generalmente superiore a quello solitamente segnalati nella letteratura. Questo è così perché le dimensioni di mesa dei campioni usati sono inferiori a 10μm in raggio. Le piccole dimensioni del dispositivo porta ad un effetto di riscaldamento più debole e quindi riduce il comportamento di statismo causato dal riscaldamento."

I tempi di decadimento di PL si riflettono nelle larghezze di banda di modulazione superiori, con il valore più alto superiore a 600MHz: "nell'esempio C-SP, possiamo raggiungere la larghezza di banda di modulazione di 625,6 MHz, che si crede di essere il più alto mai segnalato in un c-aereo su GaN superficie-emettitori LED (~ 100 MHz superiore al nostro precedente record di 528,8 MHz)." Il miglioramento rispetto i campioni di riferimento è vicino la radice quadrata del tasso di decadimento avanzata negli studi PL.


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