Применение полупроводников с текстурированной поверхностью

September 29, 2011 by admin Комментировать »

Другим эффективным способом повышения коэффициента оптического вывода светодиодов является применение полупроводников с шероховатой или текстурированной поверхностью. В работах Шнитцера и др. (Schnitzeretal. 1993) и Виндиша и др. (Windischetal., 1999, 2000, 2001, 2002) было показано, что для инфракрасных светодиодов GaAsпри применении таких материалов возможно улучшение внешнего квантового выхода до 50%. В работе Зинцингера и Янса (Sinzinger, Jahns, 1999) подробно обсуждаются свойства полу-

проводников с микроструктурированными поверхностями и способы их изготовления 0.

После первоначальных положительных сообщений об улучшении коэффициента вывода в светодиодах с текстурированными поверхностями, оптимизм разработчиков несколько снизился, поскольку выяснилось, что в процессе размещения полупроводниковых кристаллов в полимерном корпусе все эти преимущества теряются и только бескорпусные диоды данного типа показывают усиление интенсивности излучения.

Позднее появилось еще несколько сообщений об увеличении коэффициента вывода излучения в светодиодах на основе GaNс сильно текстурированными поверхностями, получаемыми методом жидкостного химического травления. До этого в течение многих лет считалось, что GaNне поддается жидкостному травлению никакими химическими реагентами. Однако было показано (Stockeretal., 1998а), что, хотя грань с кристалла GaNдействительно не поддается травлению, на грани а и т можно воздействовать многими химическими реагентами, например горячими растворами КОН и Н3РО4. Было также показано (Stockeretal., 1998b, 2000), что указанные реагенты по своей природе являются органическими кристаллами. Именно это обстоятельство позволяет им создавать пирамидальные структуры, сглаживающие поверхности на атомном уровне до состояния, пригодного для изготовления лазеров. Формировать существенные шероховатости на поверхностях кристаллов GaNможно методами жидкостного химического и фотоэлектрохимического травления. На рис. 9.8 показан микроснимок поверхности GaNс большой шероховатостью (Haerle, 2004).

Рис. 9.8. Фотография сильно текстурированной поверхности GaN, полученная при помощи электронного микроскопа (Haerle, 2004)

 

На рис. 9.9 показано увеличение интенсивности излучения светодиода InGaNс сильно выраженной текстурой поверхности (см. рис. 9.8), связанное с ростом коэффициента оптического вывода (Haerle, 2004). Утверждается, что полученное увеличение выходной мощности составляет ~ 40-50 %. Аналогичные результаты были описаны и в других

Рис. 9.9. Спектры излучения светодиодов InGaNголубого свечения с текстурированной поверхностью и без нее. На спектре диода с гладкой поверхностью наблюдается интерференционная модуляция, связанная с формированием в его структуре резонатора Фабри-Перо (Haerle, 2004)

 

работах(Gao иet al., 2004; Fujii et al., 2004). Из рис. 9.9 также следует, что интерференционные структуры, наблюдаемые в спектрах светодиодов GaNс гладкими поверхностями, практически полностью отсутствуют в диодах с текстурированными слоями. Наличие на спектральной характеристике интерференционной модуляции связано с формированием в структуре светодиода резонатора Фабри-Перо, отражателями которого являются границы раздела GaN —воздух и сапфир —GaN (Billebetal., 1997) 0.

На рис. 9.10 представлены схемы волноводов с гладкой, слабо текстурированной и сильно текстурированной поверхностью. Рис. 9.10, а соответствует волноводу с зеркальной поверхностью, за пределы которого оптические моды выйти не могут. В волноводе с сильно текстурированной (ламбертовой или диффузной) поверхностью (рис. 9.10, в) при каждом взаимодействии световой волны с поверхностью пределы волновода покидают один или несколько фотонов. Промежуточный случай показан на рис. 9.10,6. Поскольку интенсивность выходящего с поверхности излучения зависит от степени ее щероховатости, желательно уметь количественно оценивать этот параметр. Способ количественной оценки рассеивающей способности различных поверхностей будет обсуждаться в гл. 10.

При изучении поверхностей кристаллов из InGaNпри помощи электронного микроскопа было выявлено, что сильно текстурированные поверхности имеют белый цвет (Nichia, 2005). По этому признаку мож-

‘)См. также [10, 11].

Рис. 9.10. Схемы волноводов с гладкой (а), слабо текстурированной (б) и сильно текстурированной (в) поверхностью. Для первого типа волноводов характерно зеркальное отражение световых волн, для третьего типа —сильное рассеяние, а для второго типа — смесь рассеяния и отражения

 

но определять диффузные поверхности, характеризующиеся сильным рассеянием.

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты