Nanoskalige V-förmige Gruben in InGaN/GaN-Multiquantenquellen

Nanoskalige V-förmige Gruben in InGaN/GaN-Multiquantenquellen

Die Festkörperbeleuchtung mit lichtemittierenden Dioden (LED) auf GaN-Basis hat sich in den letzten Jahren zur wichtigsten Beleuchtungstechnologie entwickelt, da sie viele Vorteile wie hohe Umwandlungseffizienz, lange Lebensdauer und Umweltfreundlichkeit bietet. Aufgrund des Fehlens natürlicher GaN-Substrate werden GaN-basierte LED-Strukturen normalerweise auf (0001)-c-Plane-Saphir-Substraten hergestellt. Die Einfädelungsversetzungen (TDs) werden durch die Grenzflächenenergiedifferenz verursacht, die durch die Fehlanpassung der Gitterkonstante und des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Saphirsubstrat gebildet wird. Das dichte nichtstrahlende Rekombinationszentrum, das durch TD verursacht wird, verringert ernsthaft die Quanteneffizienz der lichtemittierenden Vorrichtung. Normalerweise können V-förmige Pits (V-Pits) mit offenen Sechsecken, umgekehrten Pyramiden und (10-11) facettierten Seitenwänden in InGaN/GaN-Mehrfachquantenquellen (MQWs) entlang der TDs beobachtet werden.

1. Was sind V-förmige Vertiefungen im LED-Wafer-Querschnitt?

After successfully etched some test patterns in our GaN LED wafers, we took some SEM images of mesa cross-sections. However, we spotted an unusual shape in some of the images as follows:

REM-Aufnahme der ersten geätzten Mesasop p-GaN-Schicht scheint eine seltsame Form zu haben - V pit

Haben Sie so etwas schon einmal gesehen? Hast du eine Ahnung was es sein könnte?

Tatsächlich ist es ganz normal, dass alle GaN-LED-Wafer es während des Wachstums der LED-Epitaxie erzeugen, was als V-Pit (V-förmige Pits) oder V-Defekt bezeichnet wird. Nur so kann die LED-Struktur Licht emittieren. Und die V-Pits sind mit einer p-GaN-Schicht gefüllt.

Details zu den V-förmigen Gruben finden Sie unter: Bildung von V-förmigen Grübchen in Nitridfilmen, die durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung gewachsen sind

2. Einflüsse von V Pit in GaN-LED-Wafern

Frühere Forschungen behaupteten, dass die vorgespannte Schicht oder das Supergitter (SLS) unter dem in die LED-Struktur eingebetteten MQW die Spannung in der Schicht entspannen kann. Aber mehr SLS-Paare werden Dehnungsenergie akkumulieren. Dann führt eine partielle Spannungsrelaxation zur Bildung von V-Pits. Die V-Pit-Größe ist bei etwa 200-250 nm optimiert und der Öffnungswinkel beträgt 60°. Einige Berichte weisen darauf hin, dass die V-förmigen Vertiefungen bei LEDs auf InGaN-Basis eine positive Rolle spielen können, indem sie beispielsweise die nicht strahlende Rekombination hemmen und zur Verbesserung der Lichtausbeute beitragen.

Einige Wissenschaftler haben die elektrischen und optischen Eigenschaften verbessert, indem sie die Grenzflächenspannungsenergie und -versetzungen sorgfältig kontrolliert und entworfen haben, wodurch die Effizienz von InGaN-basierten blauen LEDs erhöht wurde. Die Verwendung von kreisförmiger Dunkelfeld-Rastertransmissionselektronenmikroskopie mit großem Winkel und Atomsondentomographie bestätigte die Existenz dünner Quantentöpfe im geneigten Bereich des V-Pits, deren Dicke und In-Konzentration viel geringer sind als die des flachen Bereichs. Dies deutet darauf hin, dass die Fadenversetzungen in den V-förmigen Vertiefungen als Energiebarriere für den seitlichen Ladungstransfer wirken. Der Einfluss des V-Pits und der aus der (1011)-Ebene abgeleiteten Energiebarriere wird diskutiert. Die höhere Höhe der V-Pit-Energiebarriere in InGaN-QW kann die nicht strahlende Rekombination an den TDs effektiv unterdrücken, wodurch die interne Quanteneffizienz (IQE) verbessert wird. Die Übergitterschicht wird verwendet, um die V-Pits auf Nanoebene zu betreiben und die beste V-Pit-Größe zu erhalten, um hocheffiziente InGaN/GaN-LEDs mit blauer Wellenlänge zu erzielen.

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