电致发光的完全悬空超薄硅衬底氮化镓基蓝光LED器件的制备与表征

作     者：蒋成伟 沙源清 袁佳磊 王永进 李欣 JIANG Cheng-wei;SHA Yuan-qing;YUAN Jia-lei;WANG Yong-jin;LI Xin

作者机构：南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 

出 版 物：《中国光学》 (Chinese Optics)

年 卷 期：2021年第14卷第1期

页      面：153-162页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081203[工学-计算机应用技术] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：中国博士后基金(No.2018M640508) 江苏省高校自然科学基金(No.18KJB510025) 南京邮电大学1311人才计划 南京邮电大学国自孵化基金(No.NY218013)。 

主　　题：氮化镓 发光二极管 悬空薄膜 背后工艺 电致发光 

摘      要：为提升硅衬底氮化镓基LED(发光二极管)器件的光电性能和出光效率,本文提出了一种利用背后工艺实现的悬空薄膜蓝光LED器件。结合光刻工艺、深反应离子刻蚀和电感耦合等离子体反应离子刻蚀的背后工艺,制备了发光区域和大部分正负电极区域的硅衬底完全掏空,并减薄大部分氮化镓外延层的悬空薄膜LED器件。对悬空薄膜LED器件进行三维形貌表征,发现LED悬空薄膜表面平坦,变形程度小,证明背后工艺很好地解决了氮化镓外延层和硅衬底之间由于应力释放造成的薄膜变形问题。表征了LED器件的电流电压曲线和电致发光光谱等光电特性,对不同结构、不同发光区域尺寸的LED器件进行对比,发现悬空薄膜LED器件的光电性能和出光效率比普通LED器件更优越,且发光区尺寸变化对LED器件性能的影响更明显。在15 V驱动电压下,与普通LED器件相比,发光区直径为80μm的悬空LED器件的电流从4.3 mA提升至23.9 mA。在3 mA电流的驱动下,峰值光强提升了约5倍,而发光区直径为120μm的悬空器件与发光区直径为80μm的悬空器件相比,出光效率提升更为明显。本研究为发展高性能悬空氮化物薄膜LED器件提供了更多可能性。