Ohenevat p-tyypin III-nitridikerrokset pinta-plasmonien vaikutusten tehostamiseksi

- Sep 26, 2017-

Kansallinen Taiwan -yliopisto on käyttänyt magnesiumia esivirtauksen aikana epitaxiassa, mikä parantaa alumiiniglysiumnitridin (AlGaN) elektroneja estävien kerrosten reikien pitoisuuksia indium-galliumnitridissä (InGaN) valodiodeissa (LED) [Chia-Ying Su et al , Optics Express, vol25, p21526. 2017]. Tämä mahdollisti ohuemmat p-tyypin GaN-kerrokset ja siten paransi pintaplasmonin (SP) rakenteiden vaikutusta LED-suorituskykyyn. Erityisesti 625,6 MHz: n ennätyksellistä modulaatiokaistanleveyttä c-plane InGaN-LEDeille vaaditaan. Suuri modulaation kaistanleveys halutaan näkyvän valon tiedonsiirtosovellukselle.

Pinta-plasmonit ovat delokalisoituja elektronin tiheysvärähtelyjä. SP-kytkentä InGaN-kvanttikaivoihin (QW) voi parantaa sisäistä kvanttihyötysuhdetta vähentäen samalla pyöristysvaikutuksia ja lisäämällä kaistanleveyttä. Kytkentä luonnollisesti paranee, kun SP: t ja QW tulevat lähempänä toisiaan. Tämä saavutetaan vähentämällä väliin tulevien p-tyypin kerrosten paksuutta tyypillisestä 150 nm: stä välille 38 - 78 nm. Yleensä p-GaN-kerroksella on oltava tietty paksuus riittävän virran leviämisen varmistamiseksi. Ohuemmat p-GaN-kerrokset yleensä lisäävät kytkentäjännitettä ja differentiaaliresistanssia.

Mg-esivirtaus myös vähentää injektionestettä QW-aktiiviselle alueelle. Tutkijat huomauttavat: "Tässä tilanteessa, vaikkakin p-GaN-kerroksen lasku saattaa silti vaikuttaa lisääntyneeseen jännitteeseen ja erilaistumisvastukseen, reiän injektointitehokkuuden merkittävä lisäys voi kompensoida suorituskyvyn heikkenemistä johtuen p-GaN-paksuus. "

blob.png 

Kuva 1: LED: n epitaxiaaliset rakenteet.

Epitaxiaalinen materiaali LEDeille tuli metalli-orgaanisesta kemiallisesta höyryn laskeumasta (MOCVD) c-plane safiirilla (kuvio 1). 18 nm: n p-AlGaN EBL: n kasvua edelsi bis-syklopentadienyyli-magnesium (Cp 2 Mg) esivirtausvaihe 220 standardin kuutiosenttimetrillä minuutissa (sccm).

Esivirtaus suoritettiin Ga- ja Al-esiasteiden ollessa pois päältä, mutta ammoniakin (NH3 ) typen esiasteiden kanssa. Esivirtauksen aikana NH3 hajosi, mikä loi vedyn, joka syövytti ylimmän GaN-esteen noin 5 nm: llä pienentämällä lopullista paksuutta 20 nm: ksi.

Taulukko 1: LED-näytteiden rakenteet ja suorituskyky.

blob.png 

P-GaN-kasvun osalta Cp 2 MG: n virtaus nostettiin 280 sekunniksi. 10 nm: n p + -GaN-korkki käytti 800 ms: n Cp 2 Mg virtausta. Alustan lämpötila esivirtaus- ja p-tyyppisten kerrosten aikana oli 970 ° C.

Viite (R) LEDit valmistettiin 10 μm säteellä pyöreällä mesas. P-kontaktityynyä ei asetettu pieneen mesaan, vaan tuettiin piikodioksidikerroksella, jossa minimoitu lois-kapasitanssi. P-contact - 20nm / 100nm nikkeli / kulta peitti noin 80% mesasta, ja jäljelle jäänyt 20% kattaa 5nm / 5nm nikkeliä / kultaa nykyiseen leviämiseen.

LEDit, joissa pintaplasmonirakenteet, käyttivät 250 ° C: n molekyylisädepitaxiota (MBE) 10 nm: n galliumilla seostetun sinkkioksidin (GZO) tallettamiseksi virran levittävänä kerroksena. SP-rakenne koostui hopean (Ag) nanohiukkasista (NP) ja vielä virtaavasta kerroksesta, jossa oli 5 nm / 5 neliötuntia / kulta. P-kosketus koostui 20 nm / 100 nm nikkeli / kullasta.

GZO sininen-siirtyy hopean nanopartikkelista SP-resonanssin aallonpituus kohti LED-valon sinisiä päästöjä ~ 465 nm: ssä (kuvio 2). Hopean nanopartikkelit muodostettiin sijoittamalla 2 nm: n hopeakerros ja sitten hehkuttamalla 250 ° C: ssa 30 minuutin ajan typpiatmosfäärissä.

blob.png 

Kuva 2: Näytteiden A-SP, B-SP ja C-SP lähetysspektrit. Pystysuuntainen katkoviiva ilmaisee QW-emissioaallonpituuden noin 465 nm.

Tutkijat kommentoivat: "Huomautetaan, että SP-resonanssin huippu nykyisessä työssä ei ole hyvin samansuuntainen QW-emissioaallonpituuden kanssa, kuten [Kuva 2] osoittaa. Ag NP -koodin huolellinen säätö voi sinistä ohjata SP-resonanssin huippua lisäämällä SP-kytkentävoimakkuutta määrätyssä QW-emission aallonpituudella (465 nm). Tässä tilanteessa modulaation kaistanleveyttä voidaan edelleen lisätä. "

LEDien n-kontaktit koostuivat 20nm / 100nm titaania / kultaa.

P-tyyppisten kerrosten 970 ° C: n kasvu heikensi myös taustalla olevaa InGaN-yksittäistä kvanttikaivoa, organisoi indium-rikas klusterirakenteet, jotka voivat johtaa odotettua suurempaan sisäiseen kvanttihyötysuhteeseen (IQE) kantoaineiden lokalisaation kautta. Liian suuri hehkutus voi kuitenkin heikentää kiderakennetta kvanttikaivoissa vähentämällä IQE: tä.

Eri laitteiden IQE arvioitiin vertaamalla huonelämpötilan fotoluminesenssi (PL) ja 10 K: n (oletettu olevan 100% IQE). Lyhempiä hehkumisajat havaittiin johtavan korkeampiin IQE-arvoihin (taulukko 1). Ag-NP: n läsnäolo antoi merkittävän SP-parannuksen, erityisesti pienemmällä etäisyydellä QW: stä. Aikaerottujen PL: n hajoaminen oli myös nopeampaa SP-rakenteilla.

SP-LEDien parannettu IQE johti kirkkaampaan elektroluminesenssiin. SP-laitteissa on myös heikompana seinäpisteen hyötysuhde (WPE) huippuarvosta. Tutkijat huomauttavat: "Huomautetaan, että injektoitu virrantiheys tutkimuksen kohteena olevien näytteiden maksimitehokkuuden kannalta (1 kA / cm2 ) on yleensä suurempi kuin kirjallisuudessa yleensä ilmoitettu. Tämä johtuu siitä, että käytettyjen näytteiden keskikoko on pienempi 10 μm säteellä. Pienempi laitteen koko heikentää lämmitystehoa ja vähentää siten kuumennuksen aiheuttamaa huojuntuottokäyttäytymistä. "

Lyhempi PL-hajoamisaika heijastuu korkeampiin modulaation kaistanleveyksiin, joiden suurin arvo on yli 600 MHz: "Näytteessä C-SP saavutetaan 625,6 MHz: n modulointikaistanleveys, jonka uskotaan olevan suurin koskaan raportoitu c- taso GaN-pohjainen pinta-antenni (~ 100MHz korkeampi kuin edellisellä 528.8MHz: n ennätyksellä). "Vertailunäytteiden parannus on lähellä PL-tutkimusten parannetun hajoamisnopeuden neliöjuurta.


Pari:Antibakteerinen vaikutus Hopeananopartikkeleita Pseudomonas aeruginosa Seuraava:Hopea nanopartikkeli voidaan tuottaa taloudellisesti