武漢大學(xué)報告稱，與在圖案化藍(lán)寶石上生長的類似器件相比，在用圖案化藍(lán)寶石與二氧化硅陣列（PSSA）襯底上生長的氮化銦鎵（InGaN）藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）的光輸出功率提高了16.5％。這項工作表明，在高分辨率顯示器的高性能LED的開發(fā)方面邁出了重要的一步。其他潛在的應(yīng)用可能來自可見光通信（VLC）、汽車前照明和普通照明。

　　研究人員認(rèn)為，通過倒裝芯片器件中的藍(lán)寶石襯底可以改善晶體質(zhì)量并提高光提取效率。

　　使用光致抗蝕劑熱回流和等離子蝕刻制備PSSA，以創(chuàng)建直徑2.8μm的二氧化硅/二氧化硅（SiO₂）錐體，中心間距為3.0μm，錐體高度為2μm。在錐體形成后進(jìn)行進(jìn)一步的等離子刻蝕，切成藍(lán)寶石，使錐體更薄。

　　發(fā)現(xiàn)這些藍(lán)寶石基座使螺紋位錯（TD）彎曲，使其遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)的有效區(qū)域。SiO₂的使用可減少GaN中的聚結(jié)邊界，從而減少失配應(yīng)變，從而進(jìn)一步降低TD密度。該團(tuán)隊表示由于在二氧化硅陣列錐形側(cè)壁區(qū)域上沒有形成GaN島，因此在PSSA上生長的LED有效地減少了在襯底側(cè)壁區(qū)域和c平面區(qū)域上生長的GaN的聚結(jié)邊界中存在的失配。

　　III-N的生長始于在650°C的氮氣，氧氣和氬氣混合氣體中進(jìn)行鋁濺射，從而形成15nm的氮化鋁（AlN）成核層。其余的LED結(jié)構(gòu)使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）生長：3μmGaN緩沖液、2.5μmn-GaN觸點、260nm輕摻雜n-GaN、3x1.5nm/30nm In0.02Ga0.98N/GaN中間層（IL）、6x1.5nm/9nm在0.05Ga0.95N超晶格（SL），9x3nm / 12nm In0.16Ga0.84N / GaN多量子阱（MQW）有源區(qū)、15nm p-GaN、25nm p -Al0.2Ga0.8N電子阻擋層、80nm p-GaN接觸。

　　研究人員解釋說：“In0.02Ga0.98N / GaN IL和In0.05Ga0.95N SL的使用降低了導(dǎo)帶中電子和價帶中空穴的有效勢壘高度，從而提高了有效電子捕獲率。”

　　X射線分析得出的TD密度為1.3x10⁸/cm²，而圖案化藍(lán)寶石襯底（PSS）上生長的類似結(jié)構(gòu)的TD密度為3.3x10⁸/cm²。

　　該結(jié)構(gòu)在380μmx760μmLED中翻轉(zhuǎn)，光線主要從藍(lán)寶石一側(cè)發(fā)出。注入電流為60mA時的發(fā)射波長為445nm（藍(lán)色）。相比之下，PSS設(shè)備的波長更長，為452nm。較長的波長歸是因為PSS的結(jié)構(gòu)中的額外應(yīng)變引起的壓電場的影響。這些場由于量子限制的斯塔克效應(yīng)（QCSE）而發(fā)生了性能改變。

　　PSSA基板在光輸出功率（LOP）和外部量子效率（EQE）方面也具有優(yōu)勢：120mA時為225.7mW，峰值為77.7%，而PSS為193.8mW和67.8%。性能的提高歸因于增強(qiáng)的晶體質(zhì)量和出色的光提取效率。

　　與藍(lán)寶石（1.78）或GaN（2.46）相比，SiO₂的存在具有1.45的折射率，其折射率比空氣的折射率更接近1。較低的SiO₂折射率會減少內(nèi)部反射的總量，更容易將光傳輸?shù)酵饨纭?/p>