AlGaN基紫外LED外延结构及其光学性能研究

摘要

氮化铝(AlN)作为一种宽带隙半导体，具有优异的物理和化学性能，在紫外发光二极管(Light Emitting Diode, LED)领域有着广泛的应用。同样，发展较为成熟的氮化镓(GaN)在该领域也有着不可替代的作用。而高性能的器件需要有良好的外延层。AlGaN基紫外LED外延层的传统制备方法是采用金属有机化学气相沉积法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD),但是由于该方法中存在着强烈的预反应和Al原子本身迁移速率慢等原因，导致外延层中出现大量缺陷，使得紫外LED器件的性能降低。此外，由于不同材料以及材料与空气的折射率存在差异，使得光难以逃逸到外界，大部分光被局域在芯片内部，从而降低光提取效率以及光强。为了提高器件的光学性能，一种新的紫外LED结构被提出，文章采用时域有限差分模拟(Finite Difference Time Domain, FDTD)软件对该外延结构的光提取效率和出光强度进行了仿真。研究发现，与传统的LED结构相比，新型紫外LED结构的横磁波(TM)光模式和横电波(TE)光模式的光提取效率分别提高了19.1%和29.3%,最大出光强度分别提高了42.78%和47.18%,对器件的光学性能有着显著的改善。另外，文章还研究了新型紫外LED外延层的结构参数对器件整体光学性能的影响，在光源、物理模型尺寸和仿真条件等因素不变的情况下，获得了光学性能最佳的结构参数。

关键词

新型紫外LED结构 / AlN刻蚀层 / 蓝宝石刻蚀层 / 出光强度 / 光提取效率