Вагин Д.Е., Бакланов С.А.

ТУСУР, г. Томск, Россия

Повышение световой эффективности светодиодов на AlInGaP

При создании наиболее эффективных светодиодов ставится вопрос о разработке технологических рекомендаций, позволяющих реализовать светодиоды с максимальным квантовым выходом. Для этого необходимо уменьшить потери излучения, т.к. большая часть генерируемых фотонов может быть поглощена в объеме кристалла. Многие передовые процессы были реализованы в светодиодах на основе AlGaInP для повышения эффективности световывода.

Среди методов увеличения световой эффективности светодиодов AlGaInP активно исследуется формирование поверхностной шероховатости при помощи мокрого и сухого травления поверхности [1]. Рисунок 1 показывает возможные пути фотонов на границе раздела между p-GaP и окружающим воздухом для светодиодов без шероховатой поверхности (a) и с шероховатой поверхностью (b).

Рисунок 1 – Возможные пути фотонов на границе раздела между p-GaP и окружающим воздухом для светодиодов без шероховатой поверхности (a) и с шероховатой поверхностью (b).

Для светодиодов с верхней шероховатой поверхностью p-GaP, угловая рандомизация фотонов может быть достигнута за счет поверхностного рассеяния от шероховатой верхней поверхности светодиода, как показано на рисунке 1 (b). Это означает, что изготовление GaP-слоя с шероховатой поверхностью является хорошим подходом для повышения светоотдачи [2].

Учеными проводились исследования по созданию шероховатой поверхности n-слоя AlGaInP [3]. Кристаллы были выращены на подложке из GaAs с помощью MOCVD низкого давления. После роста в MOCVD была использована технология lift-off и metal-bonding для переноса на кремниевую подложку для вертикального протекания тока, а затем путем осаждения AuGe/Au был создан n-контакт, в результате кристаллы получаются n-слоем вверх (n-AlGaInP).

Проводилось травление n-AlGaInP с помощью раствора при различном времени травления (0-30с). На рисунке 2 представлено изображение морфологии поверхности n-AlGaInP при различном времени травления, полученное на атомно – силовом микроскопе. При времени травления 20с рельеф равномерно распределен по всей поверхности.

Рисунок 2 – Изображение n-AlGaInP шероховатой поверхности при различном времени травления (a) – 0с, (b) – 10c, (c) – 20c, (d) – 30c.

Рисунок 3 – Зависимость выходной мощности от тока при различном времени травления.

Рисунок 4 – Световая зависимость светодиодов с шероховатой поверхностью и без шероховатости поверхности при прямом токе 20 мА.

Согласно зависимости выходной мощности наилучшая оптимизация была получена после времени травления 20с. Угловые зависимости излучаемого света показывают, что с шероховатой поверхностью выход света намного больше.

Список использованных источников:

1. Y. J. Lee, T. C. Lu, H. C. Kuo, S. C. Wang, T. C. Hsu, M. H. Hsieh, M. J. Jou, and B. J. Lee (2010). Nano-roughening n-side surface of AlGaInP-based LEDs for increasing extraction efficiency // Mater. Sci. Eng. Vol. 138(2), pp. 157–160.

2. MA Li, Jiang Wen-Jing, Zou De-Shu, Meng Li-Li, Shen Guang-Di (2011). Improved light extraction efficiency in AlGaInP-based diodes (LEDs) by applying a nanohole on GaP window layer // Journal of Physics, vol. 276, №1, pp. 1-6.

3. L. J. Yan, C. C. Yang, M. L. Lee, S. J. Tu, C. S. Chang, and J. K. Sheu (2010). AlGaInP/GaP heterostructures bonded with Si substrate to serve as solar cells and light emitting diodes // J. Electrochem. Soc. Vol. 157, №4, pp. 452-454.