武大发现PSSA衬底可提高LED芯片的效率

据报道，武汉大学的研究团队近期公布了采用PSSA（patterned sapphire with silica array）衬底来降低氮化镓接合边界失配问题的方法，提出PSSA衬底可提高铟氮化镓、氮化镓（InGaN/GaN）倒装芯片可见光LED的效率。

PSSA是一种具有二氧化硅阵列的图形化蓝宝石衬底。今年初，研究团队的负责人周圣军教授提出PSSA衬底可大幅提高铟氮化镓、铝氮化镓（InGaN/AlGaN）UV LED的效率。

本次研究描述了PSSA衬底在提高三族氮化镓LED效率方面的潜力巨大。相比正装芯片，倒装芯片LED能够解决散热和电流分布不均匀等问题。在倒装结构中，光主要通过透明衬底发射出来。

周教授指出，采用传统图形化蓝宝石衬底（PSS）生长氮化镓，由于氮化镓在图形化的侧壁上生长会出现定位错误，而降低氮化镓薄膜的穿透位错密度向来是一大挑战，这在很大程度上限制了内量子效率的进一步提升。

与此同时，PSS衬底上倒装芯片LED在光提取效率方面难以实现突破，因为蓝宝石和空气之间界面上的大折射率对比度是预先确定的。

反观PSSA衬底，由于二氧化硅阵列锥面侧壁不会形成氮化镓岛状，因此在PSSA衬底上生长的LED可有效减少侧壁区域和衬底C平面区域上氮化镓之间接合边界上出现的失配问题。

周教授表示，相比传统PSS衬底的方案，PSSA衬底上的倒装芯片LED里的硅阵列和空气之间具有更小的折射率对比度，因此有更多的光从硅阵列折射到空气中，从而提高光提取效率。

另外，基于结晶质量和光提取效率的提高，PSSA衬底上倒装芯片LED的外量子效率也高于PSS衬底上的倒装芯片LED。

武汉大学两项研究皆表明PSSA衬底能够比PSS衬底更好地起到反射和折射的作用。采用PSSA衬底降低了穿透位错密度并提高了光提取效率，从而改善了InGaN/AlGaN UV LED以及InGaN/GaN倒装芯片LED的效率。
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