武大发现PSSA衬底可提高LED芯片的效率

据报道,武汉大学的研究团队近期公布了采用pssa(patterned sapphire with silica array)衬底来降低氮化镓接合边界失配问题的方法,提出pssa衬底可提高铟氮化镓、氮化镓(ingan/gan)倒装芯片可见光led的效率。
pssa是一种具有二氧化硅阵列的图形化蓝宝石衬底。今年初,研究团队的负责人周圣军教授提出pssa衬底可大幅提高铟氮化镓、铝氮化镓(ingan/algan)uv led的效率。
本次研究描述了pssa衬底在提高三族氮化镓led效率方面的潜力巨大。相比正装芯片,倒装芯片led能够解决散热和电流分布不均匀等问题。在倒装结构中,光主要通过透明衬底发射出来。
周教授指出,采用传统图形化蓝宝石衬底(pss)生长氮化镓,由于氮化镓在图形化的侧壁上生长会出现定位错误,而降低氮化镓薄膜的穿透位错密度向来是一大挑战,这在很大程度上限制了内量子效率的进一步提升。
与此同时,pss衬底上倒装芯片led在光提取效率方面难以实现突破,因为蓝宝石和空气之间界面上的大折射率对比度是预先确定的。
反观pssa衬底,由于二氧化硅阵列锥面侧壁不会形成氮化镓岛状,因此在pssa衬底上生长的led可有效减少侧壁区域和衬底c平面区域上氮化镓之间接合边界上出现的失配问题。
周教授表示,相比传统pss衬底的方案,pssa衬底上的倒装芯片led里的硅阵列和空气之间具有更小的折射率对比度,因此有更多的光从硅阵列折射到空气中,从而提高光提取效率。
另外,基于结晶质量和光提取效率的提高,pssa衬底上倒装芯片led的外量子效率也高于pss衬底上的倒装芯片led。
武汉大学两项研究皆表明pssa衬底能够比pss衬底更好地起到反射和折射的作用。采用pssa衬底降低了穿透位错密度并提高了光提取效率,从而改善了ingan/algan uv led以及ingan/gan倒装芯片led的效率。
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