29、图案化蓝宝石衬底上III族氮化物发光器件的特性研究

图案化蓝宝石衬底上III族氮化物发光器件的特性研究

1. 引言

在发光二极管（LED）领域，图案化蓝宝石衬底（PSS）技术对于提升III族氮化物发光器件的性能具有重要意义。本文将深入探讨基于不同蚀刻方式的图案化蓝宝石衬底上氮化物基LED的特性，包括干蚀刻和湿蚀刻PSS上LED的性能表现，以及倒装芯片InGaN基LED在PSS上的特性。

2. 干蚀刻图案化蓝宝石衬底上氮化物基LED的特性

2.1 位错分布

通过横截面透射电子显微镜（TEM）测量，研究了不同蚀刻深度（Dh）的GaN - on - PSS样品的位错分布。与传统蓝宝石衬底上生长的GaN相比，传统衬底上有大量从GaN/蓝宝石界面产生的延伸位错贯穿整个GaN薄膜，这是由于GaN和蓝宝石之间的大晶格失配所致。
- 当Dh = 0.5 µm时，GaN外延层未完全掩埋腔体，腔体边缘出现一些小空隙，位错随机产生。
- 当Dh = 1.5 µm时，GaN外延层从蓝宝石衬底顶部横向生长，图案侧壁出现一些0.5 µm大小的空隙，这些空隙是两个生长前沿边界合并时形成的。

2.2 位错密度降低

蚀刻坑密度（EPD）测量也证实了位错的减少。蚀刻过程在250°C下，使用1:3比例的H₂SO₄和H₃PO₄混合溶液进行10分钟。结果显示，Dh = 0 µm（传统蓝宝石衬底）的样品EPD约为1.1×10⁹ cm⁻²，而Dh = 1.5 µm的样品EPD降至2.8×10⁸ cm⁻²。这表明通过在无SiO₂掩模的PSS上进行横向外延生长，可以实现位错密度的降低。

2.3 结晶性改善

双晶X射线衍射（DCXRD）检测了GaN