武大技术研究新发现:PSSA衬底可提高倒装芯片LED的效率

据报道,武汉大学的研究团队近期公布了采用PSSA(patterned sapphire with silica array)衬底来降低氮化镓接合边界失配问题的方法,提出PSSA衬底可提高铟氮化镓、氮化镓(InGaN/GaN)倒装芯片可见光LED的效率。

PSSA是一种具有二氧化硅阵列的图形化蓝宝石衬底。今年初,研究团队的负责人周圣军教授提出PSSA衬底可大幅提高铟氮化镓、铝氮化镓(InGaN/AlGaN)UV LED的效率。

本次研究描述了PSSA衬底在提高三族氮化镓LED效率方面的潜力巨大。相比正装芯片,倒装芯片LED能够解决散热和电流分布不均匀等问题。在倒装结构中,光主要通过透明衬底发射出来。

周教授指出,采用传统图形化蓝宝石衬底(PSS)生长氮化镓,由于氮化镓在图形化的侧壁上生长会出现定位错误,而降低氮化镓薄膜的穿透位错密度向来是一大挑战,这在很大程度上限制了内量子效率的进一步提升。

与此同时,PSS衬底上倒装芯片LED在光提取效率方面难以实现突破,因为蓝宝石和空气之间界面上的大折射率对比度是预先确定的。

反观PSSA衬底,由于二氧化硅阵列锥面侧壁不会形成氮化镓岛状,因此在PSSA衬底上生长的LED可有效减少侧壁区域和衬底C平面区域上氮化镓之间接合边界上出现的失配问题。

周教授表示,相比传统PSS衬底的方案,PSSA衬底上的倒装芯片LED里的硅阵列和空气之间具有更小的折射率对比度,因此有更多的光从硅阵列折射到空气中,从而提高光提取效率。

另外,基于结晶质量和光提取效率的提高,PSSA衬底上倒装芯片LED的外量子效率也高于PSS衬底上的倒装芯片LED。

武汉大学两项研究皆表明PSSA衬底能够比PSS衬底更好地起到反射和折射的作用。采用PSSA衬底降低了穿透位错密度并提高了光提取效率,从而改善了InGaN/AlGaN UV LED以及InGaN/GaN倒装芯片LED的效率。(LEDinside Janice编译)

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