湘能华磊光电股份有限公司， 湖南 郴州 423000
以直流磁控反应溅射法(RMS)在图形化蓝宝石衬底上制备的AlN薄膜作为缓冲层，采用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)外延生长了GaN基LED。与MOCVD生长的低温GaN缓冲层相比，RMS制备的AlN缓冲层具有表面更平整、颗粒更小的形核岛，有利于促进GaN外延的横向生长，减少了形核岛合并时的界面数量和高度差异，降低了缺陷和位错产生的几率。研究结果表明，溅射AlN缓冲层取代传统低温GaN缓冲层后，外延生长的GaN材料具有更高的晶体质量，LED器件在亮度、漏电和抗静电能力等光电特性上均有明显提升。
直流磁控反应溅射 氮化铝缓冲层 氮化镓基发光二极管 金属有机化学气相沉积 direct-current reactive magnetron sputtering AlN buffer layer GaN-based LEDs metal-organic chemical vapor deposition
1 北京工业大学电子信息与控制工程学院 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京100124
2 中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州215123
采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品, 研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明: 厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散, 而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力, 避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹, 受到的张应力为0.3 GPa, (0002)和(1012)面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec, 原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。
AlN缓冲层 Si衬底 张应力 AlN buffer layer GaN GaN Si substrate tension stress MOCVD MOCVD
华南理工大学 材料科学与工程学院 发光材料与器件国家重点实验室, 广州 510640
在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。
GaN薄膜 AlN缓冲层 脉冲激光沉积 高分辨X射线衍射仪 扫描电子显微镜 GaN films AlN buffer layer PLD HRXRD SEM
1 重庆大学 光电工程学院, 重庆400044
2 重庆大学 光电技术与系统教育部重点实验室, 重庆400044
采用蒙特卡罗光线追踪方法, 模拟GaN基倒装LED芯片的光提取效率, 比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面粗化和双面粗化、有无缓冲层下LED光提取效率的变化, 并对粗化微元结构和尺寸作了进一步选取与优化。研究结果表明:采用较厚的蓝宝石衬底和引入AlN缓冲层均有利于LED光提取效率的提高; 蓝宝石衬底双面粗化对提高光提取效率的效果要明显好于单面粗化; 表面粗化的结构和尺寸对光提取效率有较大影响, 当微元特征尺寸与微元间距相当时, 光提取效率较高。
GaN基倒装LED 光提取效率 光线追踪 双面粗化 AlN缓冲层 GaN-based flip-chip LEDs light extraction efficiency light ray trace double-surface roughening AlN buffer layer
