Tynning p-type III-nitride lag å forsterke effekten av overflaten plasmons

- Sep 26, 2017-

National Taiwan University har brukt en brukt en magnesium pre flyt under epitaxy å forbedre hull konsentrasjoner i aluminium gallium nitride (AlGaN) elektron-blokkerende lag i indium gallium nitride (InGaN) lys - emitting diodes (lysdioder) [Chia-Ying Su et al, Optikk Express, vol25, p21526. 2017]. denne aktivert tynnere p-type GaN lag og dermed økte effekten av overflaten plasmon (SP) strukturer på LED ytelse. Spesielt hevdes en rekordhøy modulering båndbredde på 625.6MHz for c-plane InGaN LED. Høy modulering båndbredde er ønsket for synlig lys kommunikasjon programmet.

Overflate plasmons er delocalized elektron tetthet svingninger. SP kopling InGaN quantum brønner kan (QWs) forbedre intern quantum effektivitet, mens redusere droop effekter og økende båndbredde. Koplingen er naturlig forbedret SPs og QW kommer til større nærhet. Dette oppnås ved å redusere tykkelsen av mellomliggende p-type lag fra den typiske 150nm til området 38-78nm. P-GaN laget har vanligvis ha en viss tykkelse å sikre tilstrekkelig gjeldende spre. Tynnere p-GaN lag tendens til å øke turn-on spenning og differensial motstand.

Mg før flyten reduserer også barrieren til injeksjon i regionen QW aktive. Forskerne kommentar: "i denne situasjonen, selv om en nedgang på p-GaN laget fortsatt har effekten av økende turn-on spenning og differensial motstand, betydelig styrking av hull injeksjon effektivitet kan kompensere ytelsen degradering grunnet reduksjon av p-GaN tykkelse."

blob.png 

Figur 1: Epitaxial strukturer av LED.

Epitaxial materiale for lysdioder kom fra metall-organisk kjemiske damp avsetning (MOCVD) på c-plane safir (figur 1). Veksten av 18nm p-AlGaN EBL var innledes med en bis (cyclopentadienyl) magnesium (Cp2Mg) før flyt skritt på 220 standard kubikkcentimeter litt (sccm).

Før flyten ble gjennomført med Ga og Al forløpere av, men med ammoniakk (NH3) nitrogen forløperen på. Under pre flyt NH3nedbrutt, etset skape hydrogen som tilbake topp GaN bommen ved om 5nm, å endelig til 20nm.

Tabell 1: Strukturer og ytelse av LED prøver.

blob.png 

For p-GaN vekst flyten av Cp2MG ble økt til 280sccm. 10nm p+-GaN cap brukes en 800sccm Cp2Mg flyt. Substrat temperaturen under pre flyt og p-type lag var 970 ° C.

Reference (R) LED ble laget med 10μm-radius sirkulær mesas. P-kontakt puten ble ikke satt på de små mesaet, men heller støttet et silisiumdioksid lag med minimerte parasittiske kapasitans. P-kontakt-20nm/100nm nikkel/gull-dekket omtrent 80% av mesa, med de resterende 20% dekket med 5nm/5nm nikkel/gull for gjeldende å spre.

Lysdioder med overflaten plasmon strukturer brukes 250° C molekylær strålen epitaxy (MBE) til å sette 10nm gallium-dopet sinkoksid (GZO) som gjeldende-sprer lag. SP strukturen besto av sølv (Ag) nanopartikler (NPs) og en ytterligere gjeldende-spredning lag av 5nm/5nm Titan/gull. P-kontakten besto av 20nm/100nm nikkel/gull.

Den GZO blå-Skift sølv hydrogenion SP resonans bølgelengden mot av blå utslippene av lysdioder på ~ 465nm (figur 2). Silver nanopartikler ble dannet av innskudd et 2nm sølv lag og deretter annealing ved 250° C i 30 minutter i nitrogen atmosfære.

blob.png 

Figur 2: Overføring spektra av prøver A-SP, B-s og C-SP. vertikale stiplede linjen angir QW utslipp bølgelengde rundt 465nm.

Forskerne kommentar: "det bemerkes at SP resonans toppen i nåværende arbeid ikke gjør godt sammenfaller med QW utslipp bølgelengde, som vist i [figur 2]. En forsiktig justering av Ag NP størrelse kan blå-Skift SP resonans toppen for å ytterligere øke SP kopling styrke på den angitte QW utslipp bølgelengden (465 nm). I denne situasjonen økes modulering båndbredden videre."

N-kontaktene til LED besto av 20nm/100nm Titan/gull.

970° C veksten av p-type lag også herdet underliggende InGaN enkelt kvante Vel, omorganisere indium-rik klynge strukturer som kan føre til høyere enn forventet interne quantum effektivitet (IQE) gjennom bærer lokalisering. Imidlertid kan mye annealing redusere krystallstruktur på quantum brønnen, redusere IQE.

IQE av de ulike enhetene ble beregnet ved å sammenligne romtemperatur photoluminescence (PL) med det på 10K (antatt for å være 100% IQE). Kortere anneal ganger ble funnet vil føre til høyere IQEs (tabell 1). Tilstedeværelsen av Ag NPs ga betydelig SP ekstrautstyr, spesielt med redusert avstanden til QW. Forfallet av tid-løst PL var også raskere med SP strukturer.

Den forbedrede IQE til SP-LED resulterte i lysere electroluminescence. Droop i veggen plug effektivitet (WPE) fra toppverdien var mindre alvorlig i SP enheter. Forskerne kommentar: "det bemerkes at den injiserte nåværende tettheten for maksimal effektivitet i eksemplene under studien (1kA/cm2) er generelt høyere enn vanligvis rapportert i litteraturen. Det er slik fordi mesa brukte prøvene er mindre på 10μm i radius. Den mindre størrelsen fører til en svakere oppvarming effekt og dermed reduserer droop virkemåten skyldes oppvarming."

Kortere PL nedbrytning tiden gjenspeiles i høyere modulering båndbredder, med den høyeste verdien høyere enn 600MHz: "i eksemplet C-SP, kan vi nå modulering båndbredde 625.6 MHz, som antas å være den høyeste noensinne rapportert i et c-fly GaN-basert overflate-emitting LED (~ 100 MHz høyere enn våre tidligere rekorden på 528.8 MHz)." Forbedring over referanse prøvene er nær kvadratroten av forbedret forfallet rate i PL studiene.


Et par:Sølv hydrogenion kan produseres i økonomisk måte Neste:Ledende blekk i 2017: De neste store tingene I denne artikkelen vil vi kort skissere fremdriften i flere fremvoksende sektorer samtidig som vi identifiserer de nyeste trendy nascent applikasjonsområdene.