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Adelgazamiento de las capas III-nitruro tipo p para mejorar efectos de plasmones de superficie

Universidad Nacional de Taiwán ha utilizado un utiliza un flujo previo de magnesio durante epitaxy para mejorar la concentración de agujero en capas de electrones bloqueando de aluminio galio nitruro (AlGaN) de indio galio nitruro (InGaN) diodos emisores de luz (LEDs) [Chia-Ying Su et al, Óptica Express, vol25, p21526. 2017]. Esto permitió capas más finas de GaN de tipo p y así potenció el efecto de las estructuras de plasmón superficial (SP) sobre el rendimiento del LED. En particular, se reclama un récord modulación ancho de banda 625,6 MHz para el avión c InGaN LED. Ancho de banda de modulación alta se desea para la aplicación de comunicación de la luz visible.

Plasmones de superficie son las oscilaciones de densidad electrónica deslocalizadas. SP de acoplamiento en pozos cuánticos de InGaN (QWs) pueden mejorar la eficiencia cuántica interna, al mismo tiempo reducir los efectos de inclinación y el aumento de ancho de banda. Acoplamiento se realza naturalmente como el SPs y QW en proximidad más estrecha. Esto se logra reduciendo el espesor de las capas de tipo p intervención de 150nm típicas para la gama 38-78nm. La capa de GaN p suele tener un grosor determinado para asegurar la adecuada difusión actual. Capas p-GaN más finas tienden a aumentar la tensión de encendido y la resistencia diferenciada.

El flujo antes de Mg también reduce la barrera a la inyección en la región activa QW. Los investigadores comentar: "en esta situación, aunque una disminución de la capa de GaN p todavía puede tener los efectos de aumentar la tensión de encendido y resistencia diferenciada, la mejora significativa de la eficacia de inyección del agujero puede compensar el rendimiento degradación debido a la disminución de espesor p-GaN".

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Figura 1: Estructuras epitaxiales de LED.

Material epitaxial para los LEDs vino de deposición de vapor química metal-orgánica (MOCVD) en c-plano zafiro (Figura 1). El crecimiento de la 18nm p-AlGaN EBL fue precedido por un magnesio de bis (cyclopentadienyl) (Cp2Paso de flujo antes de mg) a 220 centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm).

El flujo anterior se llevó a cabo con los precursores Ga y Al apagado, pero con el amoníaco (NH3) precursor de nitrógeno en. Durante el flujo del NH3descompuesto, creando hidrógeno que grabada detrás la superior GaN barrera por acerca de 5nm, reduciendo el grueso final a 20nm.

Tabla 1: Estructuras y funcionamiento de las muestras del LED.

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Para el crecimiento de p-GaN el flujo de Cp2MG se incrementó a 280sccm. La p de 10nm+-GaN tapa utiliza un Cp 800sccm2Flujo de mg. La temperatura del substrato en las capas de flujo previo y el tipo de p fue de 970 º C.

Reference (R) LEDs fueron fabricados con mesas circulares de 10 μm de radio. La almohadilla de contacto p no era poner sobre la mesa pequeña, pero más bien apoyada sobre una capa de dióxido de silicio con capacitancia parásita reducida al mínimo. El p-contacto-20nm/100nm níquel/oro-cubierto aproximadamente el 80% de la mesa, con el 20% restante cubierto de 5nm/5nm níquel/oro para separarse actual.

LEDs con estructuras de plasmón superficial utilizan 250° C epitaxy de viga molecular (MBE) para depositar 10nm galio dopado óxido del cinc (GZO) como capa actual-que se separa. La estructura SP consistió en nanopartículas (NPs) de plata (Ag) y una capa más corriente-que se separa de 5nm/5nm titanio/oro. El p-contacto consistió en 20 Nm/100nm níquel/oro.

El GZO azul-cambia de puesto la longitud de onda de resonancia de nanopartículas de plata SP hacia eso de las emisiones azul de los LEDs en ~ 465nm (Figura 2). Las nanopartículas de plata se formaron por depositar una capa de plata de 2nm y luego recocido a 250° C durante 30 minutos en atmósfera de nitrógeno.

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Figura 2: Espectros de transmisión de las muestras A-SP, SP B y C-SP Vertical discontinua indica la longitud de onda de emisión QW alrededor de 465nm.

Comentario de los investigadores: "se observa que el pico de resonancia de SP en el actual trabajo no bueno coincide con la longitud de onda de emisión de QW, como se muestra en la [Figura 2]. Un cuidadoso ajuste de tamaño NP Ag puede azul-cambia de puesto el pico de resonancia de SP para seguir incrementando el SP acoplamiento de fuerza en la longitud de onda de emisión QW designado (465 nm). En esta situación, el ancho de banda de modulación puede ser incrementado."

Los contactos de n de los LEDs consistió en 20 Nm/100nm titanio/oro.

El crecimiento de 970° C de las capas de tipo p también había recocido la cuántica solo subyacente de InGaN, la reorganización de las estructuras de cluster de indio rico que pueden conducir a mayores de lo esperado eficiencia cuántica interna (IQE) a través de la localización del portador. Sin embargo, demasiado recocido puede degradar la estructura cristalina en el pozo del quántum, reducción de IQE.

IQE de los distintos dispositivos se estimó comparando la temperatura photoluminescence (PL) con eso en 10K (asumido para ser 100% IQE). Más Recueza veces se encontraron en mayor IQEs (tabla 1). La presencia de Ag NPs dio realce significativo de SP, particularmente con la distancia reducida a la QW. El decaimiento del PL tiempo resuelto también fue más rápido con las estructuras de la SP.

El mejor IQE SP-LED dio lugar a la luz de destello más brillante. La inclinación de la eficacia del enchufe de pared (WPE) desde el valor máximo fue menos severa en los dispositivos de SP. Comentario de los investigadores: "se observa que la densidad de corriente inyectada para la máxima eficiencia en las muestras bajo estudio (1kA/cm2) es generalmente más alta que generalmente se informan en la literatura. Esto es así porque el tamaño de la mesa de las muestras usadas es menor a 10 μm de radio. El tamaño de dispositivo más pequeño produce un efecto de calefacción más débil y por lo tanto reduce el comportamiento de la inclinación causado por la calefacción."

El más corto tiempo de relajación de PL se refleja en mayores anchos de banda de modulación, con el valor más alto de 600MHz: "en muestra C-SP, podemos alcanzar el ancho de banda de modulación de 625,6 MHz, que se cree que es el más alto divulgado nunca en un plano c basados en GaN emisores de superficie LED (~ 100 MHz más alto que el récord anterior de 528,8 MHz)." La mejora en las muestras de referencia está cerca de la raíz cuadrada de la velocidad de descomposición mayor en los estudios de PL.


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