(In)GaN çok kuantum kuyulu ışık saçan diyotlarda atomik tabaka biriktirme ile pasivasyonun kaçak akıma etkileri

Abstract

Galyum Nitrür (GaN) / İndium Galyum Nitrür (InGaN) tabanlı ışık saçan diyotların (light emitting diode - LED) üretiminde sık görülen sorunlardan biri kaçak akımdır. Kaçak akım dış kuantum verimi düşürür. Kaçak akım epitaksiyel büyütme sırasında oluşan kusurlar nedeniyle olabileceği gibi mikro-fabrikasyon sırasında mesa yapısı aşındırıldıktan sonra ortaya çıkan yüzey durumları nedeniyle de oluşabilir. Mesa duvarlarında kuru veya yaş aşındırma sonrası ortaya çıkan sallanan bağlar (dangling bonds) çeşitli ince film kaplamalarla pasifize edilebilir. Bu tez çalışmasında atomik tabaka biriktirme (ALD) ile kaplanan alüminyum oksit (Al2O3) filmlerin yan duvarlarda oluşan yüzey durumlarını pasivasyon etkisi araştırılmıştır. Çalışmada mesa aşındırmasının kaçak akıma etkisini göstermek için 3-4 ve 6’lı yapıda yan duvara sahip LED’ler üretilmiştir. Plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) ile yan duvar pasivasyonu yapılan LED’ler ALD ile büyütülen filmlerle pasivasyonu yapılan LED’lerle karşılaştırılmıştır. ALD ile yapılan pasivasyonların PECVD ile yapılan pasivasyonlara göre daha düşük kaçak akıma neden olduğu gözlenmiştir. Ayrıca ışık çıkarma gücü ve ışık yoğunluğu da ALD ile pasivasyonu yapılan LED’lerde daha iyi olduğu ve ALD’nin yan duvarda oluşan yüzey kusurlarını daha iyi pasive ederek LED’ler hem optik hem de elekriksel iyileştirmeler yaparak kullanım ömürlerini arttırdığı gözlenmiştir. Son olarak kaçak akımın azalmasına neden olan mekanizmalar tartışılmıştır.

One of the frequent problems seen in the production of Gallium Nitride (GaN) / Indium Gallium Nitride (InGaN)-based light emitting diodes (LEDs) is leakage current. Leakage current lowers the external quantum efficiency. It may occur due to the defects during epitaxial growth, or due to surface defects that ocur after the mesa structure has been etched during micro-fabrication. In this study, three, four- and six-sidewall LEDs were produced to show the effect of mesa etch on leakage current. Among them, LEDs in sixshaped structure had the highest leakage current. Dangling bonds that appear after dry or wet etching of mesa walls can be passivated with various thin film coatings. The passivation effect of aluminum oxide (AI2O3) films coated with atomic layer deposition (ALD) on the surface states of the side walls was investigated. LEDs with side wall passivation with plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD) were compared with LEDs passivated with ALD growth films. It has been observed that passivation with ALD caused less leakage current than that passivated with PECVD. Moreover, the light output power and light intensity are better in LEDs passivated with ALD. Surface defects on the side walls are passivated better with ALD, increasing the lifetime of the LEDs improving both optical and electrical characteristics. Finally, the study discusses the mechanisms that enables decrease of leakage current.