Improved performance of UVC-LEDs by combination of high-temperature annealing and epitaxially laterally overgrown AlN/sapphire

材料科学 蓝宝石 分析化学(期刊) 化学 光学 物理 激光器 色谱法
作者
Norman Susilo,Eviathar Ziffer,Sylvia Hagedorn,Leonardo Cancellara,Carsten Netzel,Neysha Lobo‐Ploch,Shaojun Wu,Jens Raß,Sebastian Walde,Luca Sulmoni,Martin Guttmann,Tim Wernicke,M. Albrecht,M. Weyers,Michael Kneissl
出处
期刊:Photonics Research [Optica Publishing Group]
卷期号:8 (4): 589-589 被引量:61
标识
DOI:10.1364/prj.385275
摘要

We report on the performance of AlGaN-based deep ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs) emitting at 265 nm grown on stripe-patterned high-temperature annealed (HTA) epitaxially laterally overgrown (ELO) aluminium nitride (AlN)/sapphire templates. For this purpose, the structural and electro-optical properties of ultraviolet-c light-emitting diodes (UVC-LEDs) on as-grown and on HTA planar AlN/sapphire as well as ELO AlN/sapphire with and without HTA are investigated and compared. Cathodoluminescence measurements reveal dark spot densities of 3.5 × 10 9 cm 2 , 1.1 × 10 9 cm 2 , 1.4 × 10 9 cm 2 , and 0.9 × 10 9 cm 2 in multiple quantum well samples on as-grown planar AlN/sapphire, HTA planar AlN/sapphire, ELO AlN/sapphire, and HTA ELO AlN/sapphire, respectively, and are consistent with the threading dislocation densities determined by transmission electron microscopy (TEM) and high-resolution X-ray diffraction rocking curve. The UVC-LED performance improves with the reduction of the threading dislocation densities (TDDs). The output powers (measured on-wafer in cw operation at 20 mA) of the UV-LEDs emitting at 265 nm were 0.03 mW (planar AlN/sapphire), 0.8 mW (planar HTA AlN/sapphire), 0.9 mW (ELO AlN/sapphire), and 1.1 mW (HTA ELO AlN/sapphire), respectively. Furthermore, Monte Carlo ray-tracing simulations showed a 15% increase in light-extraction efficiency due to the voids formed in the ELO process. These results demonstrate that HTA ELO AlN/sapphire templates provide a viable approach to increase the efficiency of UV-LEDs, improving both the internal quantum efficiency and the light-extraction efficiency.

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