韓國與(yu) 埃及研究人員采用晶圓薄化技術以提升氮化物半導體(ti) 綠光LED的效率。參與(yu) 組織包括韓國全南國立大學、埃及貝尼蘇韋夫大學以及韓國光子技術研究院。

薄化的功效是為(wei) 了減少氮化物半導體(ti) 架構中的殘餘(yu) 壓應力(residual compressive stress)，這種應力在LED架構中對降低的壓電電場有撞擊效應。氮化镓和藍寶石之間不同的熱膨脹係數製成的應力器件，在外延生長工藝冷卻後會(hui) 造成壓應力的產(chan) 生。

這種電場效應將降低電子和空穴複合以產(chan) 生光子的可能性。這種問題在高銦成分(超過20%)的氮化銦镓(InGaN)合金中更為(wei) 嚴(yan) 重，而這種合金又是綠光LED所需的。目前藍光InGaN LED的效率為(wei) 50%，而較高銦含量的綠光LED的效率通常低於(yu) 10%。

這種LED架構采用MOCVD在2英寸的C麵藍寶石襯底上生長的。該襯底厚度為(wei) 430μm，並采用傳(chuan) 統工藝整合到240μm x 600μm的LED芯片中。 

LED外延架構

這種襯底薄化技術通過采用研磨和軟質拋光實現的。這些工藝被用於(yu) 最小化薄化過程中的損壞。在薄化後，芯片切割成單個(ge) ，n型GaN接觸層的晶圓翹曲與(yu) 殘餘(yu) 應力測量顯示，當晶圓薄化至200μm和80μm之間時，翹曲增加，應力減少。

20mA注入電流的電致發光光譜顯示，隨著襯底變薄其電流密度在增加。同時， 200μm和80μm厚度襯底的峰值位置分別從(cong) 520.1nm (2.38eV)漂移至515.7nm (2.40eV)。研究人員解釋道：“這些發現清晰地表明了晶圓翹曲所帶來的機械應力會(hui) 改變InGaN/GaN MQW有源區的壓電電場，並可修正能帶值。但，藍光峰值波長和能量的漂移要歸因於(yu) 帶隙的提升，帶隙的提升是因為(wei) InGaN/GaN MQW的壓電電場減少。”

襯底薄化也提升了內(nei) 量子效率(IQE)和光輸出功率，但不會(hui) 降低電流與(yu) 電壓行為(wei) 。20mA時，襯底厚度從(cong) 200μm到80μm，光輸出功率從(cong) 7.8mW 增至11.5mW。這再一次證明可以降低壓電電場提升性能。20mA情況下，不同襯底厚度 (200μm, 170μm, 140μm, 110μm, 80μm)的前向電壓幾乎恒定在3.4V。

通用的襯底厚度情況下，其峰值外量子效率(EQE)從(cong) 16.3%增加到24%。研究人員將他們(men) 的綠光LED的EQE性能與(yu) 目前最好的半極自支撐GaN襯底數據相比較：20.4%在(20-21)方向，18.9%在(11-22)方向。采用半極襯底是 另一種降低GaN LED壓電電場的方式。但是這種襯底非常昂貴。

研究人員采用了韓國EtaMax (DOSA-IQE)公司的室溫IQE測量係統，在至少10mA注入電流時，80μm襯底厚度的最大IQE為(wei) 92% ，20mA時，隨著襯底厚度從(cong) 200μm降至80μm，IQE從(cong) 58.2% 提升至68.9%。

通過對比EQE和IQE，研究人員確定較薄襯底的光萃取效率更高。光萃取率的提升歸因於(yu) 藍寶石襯底吸收的光子減少了，同時光從(cong) 器件的藍寶石邊際逃逸能力提升了。

最後，采用相同襯底薄化技術的光電轉換效率(WPE)從(cong) 11.5%提升到17.1%。