韩国科学家利用掩埋式光子晶体增大LED发光

韩国科学家日前表示，在制造光子晶体LED时，深深根植的硅晶格是关键所在，它在提高光提取效率的同时保持电子特性。将LED光子晶体的位置从上置换到有源层之下，这样可以不牺牲光提取优势就能降低晶体位错。

以上是来自三星以及韩国光州科学技术院研究人员的重大发现，他们将此发表在今年6月26日的Applied Physics Letters论文上。他们在LED的n-GaN层上制备硅氧光子晶体晶格，这种方法比通常的p-GaN层要高明，避免了来自等离子刻蚀的损坏。与没有生长光子晶体晶格的LED相比，新的方法降低了位错，取光效率得到提升，两种优势导致外量子（EQE）提高了70%。

用PL法测量出新产品的内量子效率和出光效率分别提高了17%和45%。两个300×300μm器件的电发光输出比光子晶体LED光输出（驱动电流是20mA时）高出了33%。据悉，IQE是受到n-GaN和MQW层的螺旋还原反应以及边型线位错的影响，晶体质量的提升减小了光子晶体中常见的漏电流；在不降低电性能的前提下，显著提升了掩埋式光子晶体LED的出光效率。

在蓝宝石衬底上，韩国研究团队在2μm的n-GaN层上生长了一个130nm的硅氧层；用全息刻蚀法在该层上刻蚀出光子晶体，由此生成了直径在130-230nm范围内的柱状结构。这个刻蚀过程是采用常用的等离子干式刻蚀法，但p-GaN层会受到等离子损伤，经证实它会穿透整个器件影响到多量子阱（MQW）层，继而降低LED的性能。而在MQW生长之前采用全息刻蚀的方法看上去可以巧妙地解决这个难题。

更厚的n-GaN层比起稍薄的p-GaN层来说，更加适合刻蚀有理想尺寸的光子晶体而不破坏LED的性能。同时，将硅氧层放低到外延结构的下层，其作用类似于侧向外延（ELOG）法中的硅光栅用来生成高质量GaN晶体层。

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