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光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究

弓志娜 云峰 丁文 张烨 郭茂峰 刘硕 黄亚平 刘浩 王帅 冯仑刚 王江腾

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光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究

弓志娜, 云峰, 丁文, 张烨, 郭茂峰, 刘硕, 黄亚平, 刘浩, 王帅, 冯仑刚, 王江腾

Increase in light extraction efficiency of vertical light emitting diodes by a photo-electro-chemical etching method

Gong Zhi-Na, Yun Feng, Ding Wen, Zhang Ye, Guo Mao-Feng, Liu Shuo, Huang Ya-Ping, Liu Hao, Wang Shuai, Feng Lun-Gang, Wang Jiang-Teng
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  • 研究了在垂直结构发光二极管(VLED)器件中, 光致电化学法(PEC)刻蚀N极性n-GaN的速率受不同刻蚀条件(刻蚀浓度、刻蚀时间和光照强度)的影响. 并选择N极性n-GaN表面含有较理想六角金字塔结构(侧壁角为31°)的样品制成器件, 研究PEC刻蚀对VLED的欧姆接触和光电性能的影响. 结果表明, 与未粗化样品相比, PEC刻蚀后的样品接触电阻率明显降低, 形成更好的欧姆接触; 其电学特性有较好的改善, 光输出功率有明显提高, 在20 mA电流下光输出功率增强了86.1%. 对不同金字塔侧壁角度的光提取效率用时域有限差分法(FDTD)模拟, 结果显示光提取效率在侧壁角度为20°– 40°有显著提高, 在23.6° (GaN-空气界面的全反射角)时达到最大.
    The rate of photo-electro-chemical (PEC) etching on N-polar n-GaN using vertical light emitting diodes (V-LEDs) has been investigated in detail, by varying the etching parameters (etchant concentration, etching duration and light intensity). V-LED with optimal hexagonal pyramid structure (the side-wall angle is 31°) has been fabricated, and then the influence of the PEC etching on the electrical and optical properties of V-LED has been analyzed. After PEC etching, the sample has good ohmic contact with the electrode and has lower contact resistance than a reference sample. The electrical characteristics have a better improvement. And the light output power has improved obviously after PEC etching, which shows 86.1% enhancement at 20 mA. Effect of side-wall angle of the pyramids on light extraction efficiency (LEE) in V-LEDs is theoretically calculated by finite difference time domain (FDTD) method. Simulation results show that the LEE is significantly increased for the sidewall angle between 20° and 40°, and the maximum enhancement is realized at a side-wall angle of 23.6° (the total reflection angle at the GaN/air interface).
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2014AA032608)和西安交通大学金属材料国家重点实验室开放课题(批准号: 20121201)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2014AA032608), and the Xi'an Jiaotong University State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Material open project, China (Project No. 20121201).
    [1]

    Park J, Shin M, Lee C C 2004 Opt. Lett. 29 2656

    [2]

    Kim H, Choi K K, Kim K K, Cho J, Lee S N, Park Y, Kwak J S, Seong T Y 2008 Opt. Lett. 33 1273

    [3]

    Zheng C, Zhang S M, Wang H, Liu J P, Wang H B, Li Z C, Feng M X, Zhao D G, Liu Z S, Jiang D S, Yang H 2012 Chin Phys. Lett. 29 017301

    [4]

    Furhmann D, Netzel C, Rossow U, Hangleiter A 2006 Appl. Phys. Lett. 88 071105

    [5]

    Huh C, Lee K S, Kang E J, Park S J 2003 J. Appl. Phys. 93 9383

    [6]

    Huang H W, Kuo H C, Lai C F, Lee C E, Chiu C W, Lu T C, Wang S C, Lin C H, Leung K M 2007 IEEE Photon. Technol. Lett. 19 565

    [7]

    Zhang S Y, Xiu X Q, Hua X M, Xie Z L, Liu B, Chen P, Han P, Lu H, Zhang R, Zheng Y D 2014 Chin. Phys. B 23 058101

    [8]

    Jewell J, Simeonov D, Huang S-C, Hu Y-L, Nakamura S, Speck J, Weisbuch C 2012 Appl. Phys. Lett. 100 171105

    [9]

    Wu K, Wei T B, Lan D, Zheng H Y, Wang J X, Luo Y, Li J M 2014 Chin. Phys. B 23 028504

    [10]

    Shen C F, Chang S J, Chen W S, Ko T K, Kuo C T, Shei S C 2007 IEEE Photon. Technol. Lett. 19 780

    [11]

    Minsky M S, White M, Hu E L 1996 Appl. Phys. Lett. 68 1531

    [12]

    Seo J W, Oh C S, Yang J W, Yang G M, Lim K Y, Yoon C J, Lee H J 2001 Phys. Status Solidi A 188 403

    [13]

    Fujii T, Gao Y, Sharma R, Hu E L, DenBaars S P, Nakamura S 2004 Appl. Phys. Lett. 84 855

    [14]

    Palacios T, Calle F, Varela M, Ballesteros C, Monroy E, Naranjo F B, Sanchez-Garacia M A, Calleja E, Munoz E 2000 Semicond. Sci. Technol. 15 996

    [15]

    Yu T J (于彤军) 2011 CN 102252829 A

    [16]

    Laubsch A, Sabathil M, Baur J, Peter M, Hahn B 2010 IEEE Trans. Electron Devices 57 79

    [17]

    Wang L C, Ma J, Liu Z Q, Yi X Y, Yuan G D, Wang G H 2013 J. Appl. Phys. 114 133101

    [18]

    Ng H M, Weimann N G, Chowdhury A 2003 J. Appl. Phys. 94 650

    [19]

    Chung R B, Chen H T, Pan C C, Ha J S, DenBaars S P, Nakamura S 2012 Appl. Phys. Lett. 100 091104

    [20]

    Kuo M L, Kim Y S, Hsieh M L, Lin S Y 2011 Nano Lett. 11 476

  • [1]

    Park J, Shin M, Lee C C 2004 Opt. Lett. 29 2656

    [2]

    Kim H, Choi K K, Kim K K, Cho J, Lee S N, Park Y, Kwak J S, Seong T Y 2008 Opt. Lett. 33 1273

    [3]

    Zheng C, Zhang S M, Wang H, Liu J P, Wang H B, Li Z C, Feng M X, Zhao D G, Liu Z S, Jiang D S, Yang H 2012 Chin Phys. Lett. 29 017301

    [4]

    Furhmann D, Netzel C, Rossow U, Hangleiter A 2006 Appl. Phys. Lett. 88 071105

    [5]

    Huh C, Lee K S, Kang E J, Park S J 2003 J. Appl. Phys. 93 9383

    [6]

    Huang H W, Kuo H C, Lai C F, Lee C E, Chiu C W, Lu T C, Wang S C, Lin C H, Leung K M 2007 IEEE Photon. Technol. Lett. 19 565

    [7]

    Zhang S Y, Xiu X Q, Hua X M, Xie Z L, Liu B, Chen P, Han P, Lu H, Zhang R, Zheng Y D 2014 Chin. Phys. B 23 058101

    [8]

    Jewell J, Simeonov D, Huang S-C, Hu Y-L, Nakamura S, Speck J, Weisbuch C 2012 Appl. Phys. Lett. 100 171105

    [9]

    Wu K, Wei T B, Lan D, Zheng H Y, Wang J X, Luo Y, Li J M 2014 Chin. Phys. B 23 028504

    [10]

    Shen C F, Chang S J, Chen W S, Ko T K, Kuo C T, Shei S C 2007 IEEE Photon. Technol. Lett. 19 780

    [11]

    Minsky M S, White M, Hu E L 1996 Appl. Phys. Lett. 68 1531

    [12]

    Seo J W, Oh C S, Yang J W, Yang G M, Lim K Y, Yoon C J, Lee H J 2001 Phys. Status Solidi A 188 403

    [13]

    Fujii T, Gao Y, Sharma R, Hu E L, DenBaars S P, Nakamura S 2004 Appl. Phys. Lett. 84 855

    [14]

    Palacios T, Calle F, Varela M, Ballesteros C, Monroy E, Naranjo F B, Sanchez-Garacia M A, Calleja E, Munoz E 2000 Semicond. Sci. Technol. 15 996

    [15]

    Yu T J (于彤军) 2011 CN 102252829 A

    [16]

    Laubsch A, Sabathil M, Baur J, Peter M, Hahn B 2010 IEEE Trans. Electron Devices 57 79

    [17]

    Wang L C, Ma J, Liu Z Q, Yi X Y, Yuan G D, Wang G H 2013 J. Appl. Phys. 114 133101

    [18]

    Ng H M, Weimann N G, Chowdhury A 2003 J. Appl. Phys. 94 650

    [19]

    Chung R B, Chen H T, Pan C C, Ha J S, DenBaars S P, Nakamura S 2012 Appl. Phys. Lett. 100 091104

    [20]

    Kuo M L, Kim Y S, Hsieh M L, Lin S Y 2011 Nano Lett. 11 476

  • [1] 张海宝, 陈强. 非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展. 物理学报, 2021, 70(9): 095203. doi: 10.7498/aps.70.20202233
    [2] 王光绪, 陈鹏, 刘军林, 吴小明, 莫春兰, 全知觉, 江风益. 刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化的影响. 物理学报, 2016, 65(8): 088501. doi: 10.7498/aps.65.088501
    [3] 王彬, 冯雅辉, 王秋实, 张伟, 张丽娜, 马晋文, 张浩然, 于广辉, 王桂强. 化学气相沉积法制备的石墨烯晶畴的氢气刻蚀. 物理学报, 2016, 65(9): 098101. doi: 10.7498/aps.65.098101
    [4] 陈湛旭, 万巍, 何影记, 陈耿炎, 陈泳竹. 利用单层密排的纳米球提高发光二极管的出光效率. 物理学报, 2015, 64(14): 148502. doi: 10.7498/aps.64.148502
    [5] 闫大为, 李丽莎, 焦晋平, 黄红娟, 任舰, 顾晓峰. 原子层沉积Al2O3/n-GaN MOS结构的电容特性. 物理学报, 2013, 62(19): 197203. doi: 10.7498/aps.62.197203
    [6] 张朝阳, 李中洋, 秦昌亮, 印洁, 张长桃, 毛卫平, 冯钦玉. 脉冲激光与电化学复合的应力刻蚀加工质量研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094210. doi: 10.7498/aps.62.094210
    [7] 戴隆贵, 禤铭东, 丁芃, 贾海强, 周均铭, 陈弘. 一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法. 物理学报, 2013, 62(15): 156104. doi: 10.7498/aps.62.156104
    [8] 王建伟, 宋亦旭, 任天令, 李进春, 褚国亮. F等离子体刻蚀Si中Lag效应的分子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(24): 245202. doi: 10.7498/aps.62.245202
    [9] 郑树琳, 宋亦旭, 孙晓民. 基于三维元胞模型的刻蚀工艺表面演化方法. 物理学报, 2013, 62(10): 108201. doi: 10.7498/aps.62.108201
    [10] 吴俊, 马志斌, 沈武林, 严垒, 潘鑫, 汪建华. CVD金刚石中的氮对等离子体刻蚀的影响. 物理学报, 2013, 62(7): 075202. doi: 10.7498/aps.62.075202
    [11] 贺平逆, 吕晓丹, 赵成利, 宁建平, 秦尤敏, 苟富均. F原子与SiC(100)表面相互作用的分子动力学模拟. 物理学报, 2011, 60(9): 095203. doi: 10.7498/aps.60.095203
    [12] 陈依新, 沈光地, 高志远, 郭伟玲, 张光沉, 韩军, 朱彦旭. AlGaInP大功率发光二极管发光效率与结温的关系. 物理学报, 2011, 60(8): 087206. doi: 10.7498/aps.60.087206
    [13] 宁建平, 吕晓丹, 赵成利, 秦尤敏, 贺平逆, Bogaerts A., 苟富君. 样品温度对CF3+ 与Si表面相互作用影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2010, 59(10): 7225-7231. doi: 10.7498/aps.59.7225
    [14] 陈健, 李小丽, 李海华, 王庆康. 基于正方和六角排列结构光子晶体对发光二极管出光效率的研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6216-6221. doi: 10.7498/aps.58.6216
    [15] 汪 莱, 张贤鹏, 席光义, 赵 维, 李洪涛, 江 洋, 韩彦军, 罗 毅. MOVPE低温生长的n型GaN电学特性研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5923-5927. doi: 10.7498/aps.57.5923
    [16] 张俊兵, 林岳明, 柏 林, 曾祥华. AlGaInP LED电极形状的优化. 物理学报, 2008, 57(9): 5881-5886. doi: 10.7498/aps.57.5881
    [17] 王 杰, 徐友龙, 陈 曦, 杜显锋, 李喜飞. 电化学法制备高密度导电聚吡咯的性能研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4256-4261. doi: 10.7498/aps.56.4256
    [18] 王长顺, 潘 煦, Urisu Tsuneo. 同步辐射光激励的二氧化硅薄膜刻蚀研究. 物理学报, 2006, 55(11): 6163-6167. doi: 10.7498/aps.55.6163
    [19] 许兴胜, 熊志刚, 孙增辉, 杜 伟, 鲁 琳, 陈弘达, 金爱子, 张道中. 半导体量子阱材料微加工光子晶体的光学特性. 物理学报, 2006, 55(3): 1248-1252. doi: 10.7498/aps.55.1248
    [20] 张仿清, 张亚非, 杨映虎, 李敬起, 陈光华, 蒋翔六. 直流弧光放电化学气相沉积(CVD)法制备金刚石薄膜及其等离子体的光发射谱原位测量. 物理学报, 1990, 39(12): 1965-1969. doi: 10.7498/aps.39.1965
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-07-24
  • 修回日期:  2014-08-23
  • 刊出日期:  2015-01-05

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