表面プラズモンの効果を高めるために p 型 III 族窒化物層が薄くなります。

- Sep 26, 2017-

国立台湾大学が使用される使用されるアルミニウム ガリウム窒化物 (AlGaN) 電子ブロック層のインジウム ガリウム窒化物 (InGaN) 発光ダイオード (Led) [嘉英秀ら、ホール濃度を高めるためにエピタキシャル成長時マグネシウムの前の流れ光学エクスプレス、vol25、p21526。2017]. これは薄い p 型 GaN 層を有効にし、LED の性能に及ぼす表面プラズモン (SP) 構造を後押ししました。特に、c 面 InGaN Led 625.6 MHz のレコード高変調帯域幅が要求されます。可視光通信アプリケーションでは、高い変調帯域幅が求められます。

表面プラズモンは、非局在電子密度振動です。SP カップリング InGaN 量子井戸 (Qw) はドループの影響の低減、帯域幅を向上させながら内部量子効率を強化できます。結合は Sp と量子井戸に入る近接強化自然。これは範囲の 38 78nm に典型的な 150 nm から介入している p 型層の厚さを減らすことによって達成されます。通常 p 型 GaN 層は十分な現在広がっているようにある程度の厚みを持っています。P 型 GaN 層の薄層は、ターンオン電圧と微分抵抗を増加する傾向があります。

Mg 中古流れも量子井戸活性領域への注入に障壁を低減します。研究者のコメント:「この状況で p 型 GaN 層の減少があるかもしれませんターンオン電圧差動抵抗化の効果がまだ穴注入効率の大幅な強化補正できますパフォーマンスp 型 GaN の膜厚の減少に伴う低下します。」

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図 1: LED のエピタキシャル構造。

Led のエピタキシャル材料は c 面サファイア (図 1) 有機金属化学気相成長 (MOCVD) から来た。18nm p-AlGaN EBL の成長はビス (シクロペンタジエニル) マグネシウム (Cp が先行しました。2分 (sccm) 220 標準立方センチメートルで Mg) 前フロー ステップ。

前の流れが実施された、Ga と Al の前駆体がアンモニア (NH3) の窒素前駆物質。中古流れ、NH の中3分解、戻って上 GaN バリアによってほぼ 5 nm、20 nm に最終的な厚みを減らすをエッチングする水素を作成します。

表 1: 構造と LED サンプルのパフォーマンス。

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P 型 GaN 成長 Cp の流れ2MG は、280sccm に増加しました。10 nm p+GaN キャップ使用 800sccm Cp2Mg の流れ。前の流れと p 型層中の基板温度 970 ° C であった。

10 μ m の半径の円形のメサの Reference (R) Led を作製しました。P 接触パッドだった微小メサ構造に入れていないが、むしろ寄生容量が最小化された二酸化シリコン層でサポートします。P-お問い合わせ-20 nm/100 nm ニッケル/ゴールド-は覆わ現在を広めるため 5 nm/5 nm ニッケル/金で覆われた残りの 20% のメサの約 80% です。

表面プラズモン構造を持つ Led は、10 nm ガリウム添加酸化亜鉛 (GZO) として電流拡散層を堆積させるため 250 ° C 分子線エピタキシー法 (MBE) を使用しました。SP 構造は銀 (Ag) ナノ粒子 (NPs) および 5 nm/5 nm チタン/ゴールドのさらに電流拡散層から成っています。P 接触は 20 nm/100 nm ニッケル/金から成っています。

GZO 青シフトで Led の青色発光のに向かって銀ナノ粒子 SP 共鳴波長 〜 465nm (図 2)。銀ナノ粒子は、2 nm の銀層を堆積し、窒素雰囲気中で 30 分間 250 ° C で熱処理によって形成されました。

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図 2: サンプル A-SP は、SP、B および C の SP 垂直方向の透過スペクトル破線線は 465nm 周りの量子井戸の発光波長を示します。

研究者のコメント:「現在の仕事で SP の共鳴ピークがうまくないので注意 [図 2] のように量子井戸の発光波長と一致。Ag NP サイズを慎重に調整することができますブルーシフト SP 結合指定の量子井戸の発光波長での強度をさらに増やすため SP 共鳴ピーク (465 nm)。このような状況で変調帯域幅さらに増加できます。"

Led の n 連絡先は、20 nm/100 nm チタン/ゴールドから成っていた。

P 型層の 970 ° C の成長はまた、キャリア ローカリゼーションを通じて内部量子効率 (端) を予想よりも高いにつながるインジウム豊かなクラスター構造を再編成まあ、基になる InGaN 単一量子の熱処理をしました。しかし、あまりにも多くの熱処理と量子井戸端を減らすことで結晶構造が低下します。

それと 10 K で室温フォトルミネッ センス (PL) を比較することによって推定されたさまざまなデバイスの端 (100% とする端)。短いアニール時間が高い IQEs (表 1) の結果判明しました。Ag NPs の存在は、量子井戸に距離が短縮で特に重要なの SP 強化を与えた。時間分解 PL の崩壊も SP 構造と高速だった。

SP Led の改良された端は明るい発光になったウォール プラグ効率 (WPE) ピーク値からダレも SP デバイスでそれほど深刻だった。研究者のコメント:「注意を調査 (1kA/cm の下でサンプルの最大効率化のための注入電流密度2) は通常文献で報告されたより一般的に高い。これは、使用しているサンプルのメサ サイズが小さい半径で 10 μ m のためです。デバイス サイズを小さく弱い加熱効果につながるし、加熱によるドループ現象を減少し、したがって。

短い PL 減衰時間は、600 MHz よりも高い値が最も高い変調帯域に反映されます:「サンプル C SP、我々 は最高の今まで c 面で報告されたと思われる 625.6 MHz の変調帯域幅を達することができる gan 系面発光 LED (~ 100 MHz 528.8 MHz の私達の前の記録より)。」標準試料を改善は、PL の研究で強化された減衰率の平方根に近いです。


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