Millora de les capes de tipus III-nitruro per millorar els efectes dels plasmons de superfície

- Sep 26, 2017-

La Universitat Nacional de Taiwan ha utilitzat un pre-flux de magnesi utilitzat durant l'epitaxi per augmentar les concentracions d'orificis en capes de bloqueig d'electrons de nitruro de galio d'alumini (AlGaN) en diodes d'emissió de llum (LED) [Chia-Ying Su et al , Òptica Express, vol25, p21526. 2017]. Això va permetre que les capes GaN de tipus p més primes i així augmentessin l'efecte de les estructures de plasmó superficial (SP) sobre el rendiment del LED. En particular, es reivindica un ample de banda de modulació d'alta resolució de 625.6 MHz per als avions C-plane InGaN LED. Es desitja un ample de banda d'alta modulació per a aplicacions de comunicació de llum visible.

Els plasmons de superfície són desglossats per oscil·lacions de densitat electrònica. L'acoblament de SP als pous quàntics d'InGaN (QWs) pot millorar l'eficiència quàntica interna, reduint els efectes de caiguda i augmentant l'ample de banda. L'acoblament augmenta naturalment a mesura que els SP i QW s'acosten més a prop. Això s'aconsegueix reduint el gruix de les capes de tipus p d'entre els típics 150nm fins al rang de 38-78nm. Normalment, la capa p-GaN ha de tenir un gruix determinat per assegurar una difusió adequada actual. Les capes més fines de p-GaN tendeixen a augmentar la tensió activa i la resistència diferencial.

El pre-flux de Mg també redueix la barrera de la injecció a la regió activa de QW. Els investigadors comenten: "En aquesta situació, tot i que la disminució de la capa p-GaN pot tenir els efectes d'un voltatge creixent i la resistència diferencial, la millora significativa de l'eficiència d'injecció del forat pot compensar la degradació del rendiment a causa de la disminució de gruix p-GaN ".

blob.png 

Figura 1: Estructures epitaxials de LED.

El material epitaxial per als LED procedia de deposició de vapor químic metàl · lic i orgànic (MOCVD) en zafí de pla c (Figura 1). El creixement del 18Nm p-AlGaN EBL va ser precedit d'un pas de pre-flux de bis (ciclopentadienil) magnesi (Cp 2 Mg) a 220 centímetres cúbics estàndard per minut (cmc).

El pre-flux es va realitzar amb els precursors de Ga i Al, però amb el precursor de nitrogen d' amoníac (NH3 ). Durant el pre-flux, l'NH 3 es va descompondre, creant hidrogen que retallava la barrera superior de GaN en uns 5nm, reduint el gruix final a 20 nm.

Taula 1: Estructures i rendiment de mostres LED.

blob.png 

Pel creixement de p-GaN, el flux de Cp 2 MG es va incrementar a 280 cmc. El límit de 10nm p + -GaN va utilitzar un flux de 800 ccm de 2 cm de potència . La temperatura del substrat durant les capes de pre-flux i de tipus p era de 970 ° C.

Els LEDs de referència (R) es van fabricar amb taules circulars de 10 μm. El p-contact pad no es va posar a la petita taula, sinó que es recolzava en una capa de diòxid de silici amb una capacitació parasitària mínima. El contacte p-20nm / 100nm de níquel / or - va cobrir aproximadament el 80% de la taula, amb el 20% restant cobert amb níquel 5nm / 5nm / or per a la difusió actual.

Els LEDs amb estructures de plasmó superficials utilitzen epitaxis de biga molecular de 250 ° C (MBE) per dipositar 10nm d'òxid de zinc amb galó (GZO) com a capa d'expansió actual. L'estructura SP consistia en nanopartícules de plata (Ag) (NPs) i una capa de difusió actual de 5nm / 5nm de titani / or. El contacte p consistia en 20 nm / 100 nm de níquel / or.

El GZO blau desplaça la longitud d'ona de ressonància de nanopartícula de plata cap a la de les emissions blaves dels LEDs a ~ 465 nm (figura 2). Les nanopartícules de plata es van formar depositant una capa de plata de 2 nm i després recuit a 250ºC durant 30 minuts en atmosfera de nitrogen.

blob.png 

Figura 2: Espectres de transmissió de mostres A-SP, B-SP i C-SP. La línia de traçat vertical indica la longitud d'ona d'emissió de QW al voltant de 465 nm.

Els investigadors comenten: "S'ha assenyalat que el pic de ressonància SP en el treball actual no coincideix bé amb la longitud d'ona d'emissió QW, tal com es mostra a [Figura 2]. Un ajust acurat de la mida de Ag NP pot desplaçar el pic de ressonància SP per augmentar encara més la força d'acoblament SP a la longitud d'ona d'emissió QW designada (465 nm). En aquesta situació, l'ample de banda de la modulació pot augmentar encara més ".

Els n-contactes dels LED consistien en 20nm / 100nm de titani / or.

El creixement de 970 ° C de les capes de tipus p també va recórrer el pou quàntic quàntic InGaN subjacent, reorganitzant les estructures de clúster rics en indi que poden generar una eficiència quàntica interna (IQE) superior a l'esperada a través de la localització de l'operador. Tanmateix, l'escalfament excessiu pot degradar l'estructura del cristall en el pou quàntic, reduint l'IQE.

Es va estimar l'IQE dels diferents dispositius mitjançant la comparació de la fotoluminiscència a temperatura ambient (PL) amb la de 10K (suposadament 100% IQE). S'han trobat temps més curts d'anneja que generen IQEs més alts (Taula 1). La presència d'Ag NPs va donar una millora significativa de SP, particularment amb una menor distància al QW. La decadència del temps resolt PL també va ser més ràpid amb les estructures de SP.

El IQE millorat dels SP-LED va donar lloc a una major electroluminiscencia. La disminució de l'eficiència del tap de paret (WPE) del valor màxim va ser també menys greu en els dispositius SP. Els investigadors comenten: "S'observa que la densitat de corrent injectada per a la màxima eficiència en les mostres estudiades (1kA / cm 2 ) és generalment superior a la que solen informar-se en la literatura. Això és així perquè la mida taula de les mostres utilitzades és menor a 10μm de radi. La mida del dispositiu més petit condueix a un efecte de calefacció més feble i, per tant, redueix el comportament caigut causat per la calefacció ".

El temps de decadència de PL més curt es reflecteix en amples de banda de modulació més elevats, amb el valor més alt superior a 600MHz: "A la mostra C-SP, podem arribar a l'amplada de banda de modulació de 625.6MHz, que es creu que és el més alt registrat en un c- Avió LED emissor de superfície basat en GaN (~ 100MHz superior al nostre registre anterior de 528.8MHz). "La millora de les mostres de referència és molt propera a l'arrel quadrada de la taxa de decadència millorada en els estudis de PL.


Un parell de:Efecte antibacterià de nanopartícules de plata en Pseudomonas aeruginosa Següent:Nanopartícules de plata es pot produir en forma econòmica