電致發(fā)光的完全懸空超薄硅襯底氮化鎵基藍(lán)光LED 器件的制備與表征

蔣成偉，沙源清，袁佳磊，王永進(jìn)，李 欣

（南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210003）

1 引 言

氮化鎵 (GaN) 作為Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導(dǎo)體材料中的重要成員, 具有直接帶隙易發(fā)光、熱導(dǎo)率高、耐高溫、耐酸堿、硬度高等優(yōu)良的光電和機(jī)械性能[1-2]。通過(guò)改變氮化物中In, Ga 和Al 的含量，可以覆蓋0.63～6.2eV 的連續(xù)禁帶寬度，故可制備紫外、可見(jiàn)光至紅外光波段的發(fā)光二極管和其他光電子和光通信技術(shù)中使用的器件[3-4]。目前GaN 已成為制作LED 器件的主流材料之一，氮化鎵基LED 器件在照明、光電探測(cè)和光通信領(lǐng)域占有重要地位。商業(yè)化的氮化鎵基LED 器件根據(jù)GaN 材料外延生長(zhǎng)襯底材料的不同可分為3 種：碳化硅（SiC）襯底、藍(lán)寶石（Al2O3）襯底及硅（Si）襯底。目前藍(lán)寶石襯底LED 器件技術(shù)最為成熟，占據(jù)的市場(chǎng)份額最大，碳化硅襯底LED 器件的市場(chǎng)占有率居中，硅襯底LED 器件盡管目前市場(chǎng)占有率較小，但發(fā)展速度很快[5-6]。雖然硅襯底和GaN 材料之間存在熱膨脹系數(shù)和應(yīng)力系數(shù)差距較大，晶格匹配度較低等問(wèn)題，但由于硅襯底具有成本低、尺寸大、能夠與成熟的硅基半導(dǎo)體工藝兼容等特點(diǎn)，仍得到了眾多研究者的關(guān)注[7-9]。盡管氮化鎵基LED 器件已經(jīng)有20 幾年的發(fā)展歷史，然而現(xiàn)有器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、新工藝的開(kāi)發(fā)、相關(guān)物理機(jī)理的研究仍然是光電器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[10-11]。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于提升硅襯底氮化鎵LED 器件性能的研究工作，主要包含以下技術(shù)路線：圖形化硅襯底、在硅襯底和外延層間添加布拉格反射鏡、將LED 器件轉(zhuǎn)移至銅襯底。日本名古屋工業(yè)大學(xué)Takashi Egawa 教授研究小組從材料生長(zhǎng)的角度，利用MOCVD（金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積）技術(shù)在硅襯底和氮化鎵外延層之間制備分布式布拉格反射鏡（DBR）結(jié)構(gòu)，DBR 結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有源區(qū)出射光的全反射，從而減少硅襯底對(duì)出射光的吸收[12-13]。同時(shí)，該小組也利用選擇性激光剝離（SLO）去除LED 器件發(fā)光區(qū)下方的硅襯底，并利用鍵合工藝將LED 器件轉(zhuǎn)移至銅襯底，以提升LED 器件的光電性能[14]。香港科技大學(xué)劉紀(jì)美教授的研究小組將襯底圖形化的方法應(yīng)用于硅襯底氮化物L(fēng)ED 器件的研究。該小組以多孔氧化鋁為模板刻蝕硅襯底，之后在圖形化硅襯底上生長(zhǎng)氮化物外延層[15]。電致發(fā)光測(cè)試結(jié)果表明，襯底圖形尺寸為納米級(jí)的LED 器件的出光效率比襯底圖形尺寸為微米級(jí)的LED 器件的出光效率更高[16]。日本東北大學(xué)Hane Kazuhiro 教授的研究小組專(zhuān)注于制備懸空的硅襯底氮化物L(fēng)ED 器件。該小組利用深硅刻蝕技術(shù)制得具有懸空結(jié)構(gòu)的氮化物藍(lán)光LED 器件，并將該器件與平板型靜電微驅(qū)動(dòng)器結(jié)合，開(kāi)發(fā)了在平面上可以進(jìn)行50μm 空間位置移動(dòng)的可調(diào)式LED 光源[17-18]。此項(xiàng)研究工作開(kāi)拓了懸空LED 器件的應(yīng)用范圍。

目前限制硅襯底氮化物L(fēng)ED 器件性能的關(guān)鍵性問(wèn)題之一是硅襯底的存在和較厚的氮化物外延層對(duì)LED 器件光電性能的影響。通過(guò)硅襯底去除及氮化物外延層減薄可以有效減少對(duì)出射光的吸收，提高器件的光電性能。本實(shí)驗(yàn)室在之前的工作中利用硅襯底剝離和懸空氮化物背后減薄技術(shù)，獲得過(guò)具有優(yōu)良光電性能的懸空LED 器件，但當(dāng)時(shí)的LED 器件的尺寸并不是很大，且在發(fā)光區(qū)域和電極區(qū)域仍然保留了部分硅襯底[19-20]。本文在此研究基礎(chǔ)上，繼續(xù)發(fā)展高性能懸空氮化物薄膜LED 器件，開(kāi)發(fā)了完全剝離硅襯底，并減薄氮化鎵外延層的背后工藝。利用背后工藝制備了發(fā)光區(qū)域和大部分正負(fù)電極區(qū)域完全為懸空薄膜結(jié)構(gòu)的新型LED 器件，并對(duì)懸空薄膜LED 器件進(jìn)行了形貌測(cè)試、電學(xué)及光學(xué)性能表征。新型懸空薄膜LED 器件的光電性能，特別是出光效率相比于普通LED 有了極大的提高，且懸空薄膜LED 的性能與薄膜厚度和發(fā)光區(qū)尺寸變化密切相關(guān)。本研究為發(fā)展高性能懸空氮化物薄膜LED 器件提供了更多可能性。

2 完全懸空超薄硅襯底氮化鎵基LED 器件的制備及形貌表征

圖1（彩圖見(jiàn)期刊電子版）為硅襯底氮化鎵基完全懸空薄膜LED 器件的雙面工藝加工流程。首先，利用光刻技術(shù)在硅襯底氮化鎵材料的上表面進(jìn)行圖形化，然后，用針對(duì)Ⅲ-Ⅴ族材料的電感耦合等離子體反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（ICP-RIE）將氮化鎵外延層刻蝕到n 型GaN 層，刻蝕速率約為130nm/min(步驟(a)-(b))。去除殘留的光刻膠后，再利用光刻技術(shù)在硅襯底氮化鎵材料的上表面制備半透明金屬電極的圖形，接下來(lái)，利用電子束蒸鍍技術(shù)沉積半透明金屬電極(?5 nmNi/10nmAu金屬薄膜)，再利用剝離技術(shù)獲得具有透光性的半透明金屬電極 (步驟(c)-(e))。接著，用和步驟(c)-(e)相同的方法繼續(xù)沉積、剝離，獲得用于探針接觸，施加驅(qū)動(dòng)電流的p/n 電極(?20nmNi/180nmAu金屬薄膜)(步驟(f)-(h))。去除殘留的光刻膠后，再次旋涂光刻膠，保護(hù)上表面加工后的LED 器件結(jié)構(gòu)。在LED 器件下方的硅襯底利用光刻技術(shù)從硅襯底氮化物材料的背面進(jìn)行圖形化，并通過(guò)深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)技術(shù)刻蝕掉全部硅襯底，形成懸空薄膜結(jié)構(gòu)的LED 器件(步驟(i))。之后，利用針對(duì)Ⅲ-Ⅴ族材料的ICP-RIE 刻蝕技術(shù)從背面減薄氮化鎵外延層，通過(guò)控制刻蝕時(shí)間來(lái)調(diào)整薄膜厚度(步驟(j))。最后，去除殘留的光刻膠，獲得薄膜厚度可控的硅襯底氮化鎵基完全懸空薄膜LED 器件(步驟(k))。

圖1 硅襯底氮化鎵基懸空薄膜LED 器件工藝流程圖Fig. 1 Fabrication process of the GaN-based LED with an ultra-thin freestanding membrane

圖2不同尺寸完全掏空硅襯底的懸空薄膜LED 器件的二維形貌正視圖。 (a) 發(fā)光區(qū)直徑為80μm; (b) 發(fā)光區(qū)直徑為120μmFig. 2Two-dimensional images of GaN-based LED device with a freestanding membrane when light emitting area’s diameter is (a) 80μm and (b) 120μm

圖2 （彩圖見(jiàn)期刊電子版）為利用光學(xué)顯微鏡從正面觀察到的不同尺寸完全掏空硅襯底的懸空薄膜LED 器件的二維形貌特征。圖2（a）是直徑為80μm 的LED 器件的二維形貌圖，圖2（b）是直徑為120μm 的LED 器件的二維形貌圖。如圖2 所示，通過(guò)電子束蒸鍍技術(shù)沉積、剝離形成兩層不同厚度的金屬薄膜電極。第一層5 nmNi/10nmAu 的半透明金屬電極為圖中圓形淺色區(qū)域，其為主要p 型發(fā)光區(qū)；第二層20nmNi/180nmAu的亮金色金屬電極，為后續(xù)光電測(cè)試實(shí)驗(yàn)中用于導(dǎo)入驅(qū)動(dòng)電流的主電極。p 型發(fā)光區(qū)下方的硅襯底已經(jīng)完全掏空，形成了圖2中圍繞p 型發(fā)光區(qū)的方形區(qū)域。

圖3（彩圖見(jiàn)期刊電子版）和圖4（彩圖見(jiàn)期刊電子版）為利用數(shù)字光學(xué)顯微鏡的高景深三維模塊從背后觀察不同尺寸的完全掏空硅襯底懸空薄膜LED 器件的三維形貌結(jié)構(gòu)圖。圖3（a）和圖4（a）為多點(diǎn)聚焦模式下拍攝的直徑為80μm和直徑為120μm 的LED 器件的三維形貌平面圖?？梢钥闯?，在掏空硅襯底后獲得的懸空薄膜LED 器件具有良好的表面質(zhì)量，懸空薄膜未出現(xiàn)裂紋或其他缺陷。完全掏空硅襯底并減薄氮化鎵外延層后，從背后觀察，可以通過(guò)透明的氮化物懸空薄膜清晰觀察到LED 器件表面的電極結(jié)構(gòu)。圖3（b）和圖4（b）為相應(yīng)的三維形貌立體圖。如圖3、4 所示，LED 器件的p 型發(fā)光區(qū)和幾乎全部電極下方的硅襯底都被完全掏空。利用DRIE 技術(shù)掏空硅襯底，可以對(duì)側(cè)壁進(jìn)行有效保護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)可控的側(cè)向刻蝕，制作出陡峭的側(cè)壁。由于進(jìn)行硅襯底剝離和懸空氮化物背后減薄工藝時(shí)存在應(yīng)力釋放，薄膜會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形，所以，在剝離硅襯底的深硅刻蝕工藝中要控制背后刻蝕時(shí)間、刻蝕氣體流量、功率等工藝參數(shù)，并且先進(jìn)行快速刻蝕剝離大部分硅襯底，在接近硅襯底和氮化物外延層界面時(shí)再進(jìn)行慢速刻蝕，釋放殘余應(yīng)力。由圖3（b）和圖4（b）可以看出，LED 懸空薄膜表面平坦，變形程度很小，證明優(yōu)化加工工藝很好地解決了應(yīng)力釋放造成的薄膜變形問(wèn)題。

圖3 從背面觀察的發(fā)光區(qū)直徑為80μm 的完全掏空硅襯底的懸空薄膜LED 器件的三維形貌圖Fig. 3 Three-dimensional images of an LED device with a freestanding membrane with a light emitting area of 80μm in diameter (back view)

圖4 從背面觀察的發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的完全掏空硅襯底的懸空薄膜LED 器件的三維形貌圖Fig. 4 Three-dimensional images of an LED with a freestanding membrane device with a light emitting area of 120μm in diameter (back view)

3 完全懸空超薄硅襯底氮化鎵基LED 器件的電學(xué)特性表征及仿真分析

圖5 為利用半導(dǎo)體分析儀測(cè)得的不同結(jié)構(gòu)不同尺寸的LED 器件的I-V（電流-電壓）曲線。由圖5 可知，在15V 驅(qū)動(dòng)電壓下，發(fā)光區(qū)直徑為80μm的普通LED 器件的電流為4.3 mA，發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的普通LED 器件的電流為4.9 mA。當(dāng)完全掏空硅襯底、減薄外延層制成懸空薄膜LED 器件后，發(fā)光區(qū)直徑為80μm 的懸空薄膜LED 器件的電流提高至23.1 mA，發(fā)光區(qū)直徑為120μm 懸空薄膜LED 器件的電流提高至38.1 mA。

（通過(guò)分析上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：

圖5 不同結(jié)構(gòu)、不同尺寸LED 器件的I-V（電流-電壓）曲線Fig. 5 I-V (current-voltage) curves of LEDs with different structures and sizes

（1）對(duì)于相同尺寸的LED 器件，相比于普通LED 器件，采用硅襯底完全剝離和懸空氮化物薄膜背后減薄技術(shù)制成的懸空薄膜LED 器件可以有效改善器件的電學(xué)性能，將開(kāi)啟電壓由14V 左右降低至3V 左右，并且在同等電壓下，電流也得到了大幅提升。

（2）對(duì)于普通LED 器件，在驅(qū)動(dòng)電壓相同條件（15V）下，發(fā)光區(qū)直徑的改變（80～120μm）僅使得電流由4.3 mA 提高至4.9 mA。而經(jīng)過(guò)完全掏空硅襯底、減薄外延層后制成的懸空薄膜LED器件，在同樣的情況下可以使得電流由4.3 mA提高至23.1 mA（80μm 普通LED）及由4.9 mA提高至38.1 mA（120μm 普通LED）。這說(shuō)明對(duì)于采用硅襯底完全剝離和懸空氮化物薄膜背后減薄技術(shù)制備的懸空薄膜LED 器件，發(fā)光區(qū)直徑變化對(duì)其電學(xué)性能的影響更為明顯。

由于氮化鎵外延層與硅襯底之間存在晶格失配，導(dǎo)致氮化鎵外延層內(nèi)部存在較高的位錯(cuò)密度，其降低了氮化鎵外延層中載流子的遷移率，增加了LED 器件的整體擴(kuò)展電阻[21]。在剝離硅襯底后，硅襯底和氮化鎵外延層之間的壓應(yīng)力得以釋放，氮化鎵外延層內(nèi)的晶格失配程度降低，從而使得氮化鎵外延層的載流子遷移率提高，懸空LED 器件的擴(kuò)展電阻降低，懸空LED 器件的電學(xué)性能得以改善，其電流密度增大，開(kāi)啟電壓降低。

本文使用多物理場(chǎng)有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics ?（COMSOL，Inc.，Sweden）建立基于電學(xué)模塊的有限元模型，用于分析發(fā)光區(qū)直徑為80μm 的不同結(jié)構(gòu)LED 器件的電學(xué)性能，如圖6 所示。二維模型的幾何結(jié)構(gòu)是LED 器件沿發(fā)光區(qū)中心線的橫截面，p 電極設(shè)置在二維模型的中心，n 電極設(shè)置在二維模型的右側(cè)。建立4 種不同結(jié)構(gòu)的LED 模型，分別是保留硅襯底的普通LED 器件、掏空硅襯底但未減薄外延層的懸空LED 器件、掏空硅襯底并將外延層減薄至3μm 的懸空LED 器件和掏空硅襯底并將外延層減薄至1μm 的懸空LED 器件。p 電極和n 電極之間施加電壓設(shè)定為5V，不同結(jié)構(gòu)LED 器件的電勢(shì)和電流密度分布和p 電極的電流密度曲線如圖6（彩圖見(jiàn)期刊電子版）所示。電流密度最大值出現(xiàn)在p 電極邊緣，電流密度從p 電極邊緣到中心逐漸減小。比較有限元仿真分析結(jié)果可知，相較于普通LED 器件，掏空硅襯底后的懸空LED器件的電流密度增大，電流分布集中。減薄氮化物外延層后，電流密度增大更明顯，電流密度的最大值從2.8×106A/m2增加至1.2×107A/m2，增加幅度達(dá)到約4.3 倍。仿真分析結(jié)果進(jìn)一步支撐了本文關(guān)于通過(guò)完全剝離硅襯底，并減薄氮化鎵外延層的背后工藝可以有效提升LED 器件的電學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖6 （a）普通LED 器件的電勢(shì)和電流密度分布及（b）普通LED 器件p 電極的電流密度曲線圖；（c）掏空硅襯底的懸空LED 器件的電勢(shì)和電流密度分布；（d）掏空硅襯底的懸空LED 器件p 電極的電流密度曲線圖；（e）掏空硅襯底并將外延層減薄至3μm 的懸空LED 器件的電勢(shì)和電流密度分布；（f）掏空硅襯底并將外延層減薄至3μm 的懸空LED 器件p 電極的電流密度曲線圖；（g）掏空硅襯底并將外延層減薄至1μm 的懸空LED 器件的電勢(shì)和電流密度分布；（h）掏空硅襯底并將外延層減薄至1μm 的懸空LED 器件p 電極的電流密度曲線圖。Fig. 6 (a) Distribution of the potential and current density and (b) p electrode current density curve of the common LED;(c) distribution of the potential and current density and (d) p electrode current density curve of the LED with a membrane but without a silicon substrate; (e) distribution of potential and current density and (f) p electrode current density curve of the LED with a membrane and a GaN epitaxial layer thinned to 3μm; (g) distribution of potential and current density and (h) p electrode current density curve of the LED with a membrane and a GaN epitaxial layer thinned to 1μm

4 完全懸空超薄硅襯底氮化鎵基LED 器件的光學(xué)特性表征

圖7（彩圖見(jiàn)期刊電子版）為發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的不同結(jié)構(gòu)的LED 器件在剛好到達(dá)開(kāi)啟電壓的情況下的發(fā)光情況。圖7（a）為發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的普通LED 器件在開(kāi)啟電壓下的發(fā)光情況；圖7（b）為發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的懸空薄膜LED 器件在開(kāi)啟電壓情況下的發(fā)光情況。由圖7（a）可以看出，普通LED 器件的開(kāi)啟電壓為14V，此時(shí)電流為1 mA，從顯示器中可以看到LED 器件的發(fā)光情況。由圖7（b）可以看出，懸空薄膜LED 器件的開(kāi)啟電壓降為3V，此時(shí)電流為1 mA。通過(guò)顯示器中的圖像可以看出，相對(duì)于普通LED 器件，懸空薄膜LED 的發(fā)光亮度有較為明顯的提高。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明剝離硅襯底并減薄氮化物外延層有效提高了LED 器件的光學(xué)性能。

圖8 為不同尺寸和不同結(jié)構(gòu)的LED 器件在3 mA 驅(qū)動(dòng)電流下的電致發(fā)光光譜。利用連接到探針臺(tái)的半導(dǎo)體參數(shù)分析儀(Agilent，B1500A，美國(guó))驅(qū)動(dòng)LED 器件發(fā)光，利用可見(jiàn)光波段的光譜儀在垂直方向上接收LED 器件的正面出射光，并進(jìn)行光譜分析。由圖8 可知，不同尺寸、不同結(jié)構(gòu)的LED 器件的電致發(fā)光光譜的發(fā)光峰都在449 nm 左右，經(jīng)過(guò)完全掏空硅襯底、減薄外延層制成懸空薄膜LED 器件后，LED 器件的發(fā)光峰并未出現(xiàn)明顯偏移。這說(shuō)明制備懸空薄膜LED器件的工藝不會(huì)影響器件的基本光電性能，沒(méi)有對(duì)有源區(qū)的材料特性造成破壞，LED 器件的光譜保持穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

(1)在LED 器件尺寸相同的情況下，相比于普通LED 器件，懸空薄膜LED 器件的電致發(fā)光光譜峰值光強(qiáng)提高了約5 倍，表明采用硅襯底完全剝離和懸空氮化物薄膜背后減薄技術(shù)可以顯著提高LED 器件的出光效率。本次實(shí)驗(yàn)中除了用于探針接觸施加電流的p 電極點(diǎn)以外，絕大部分的發(fā)光區(qū)域都實(shí)現(xiàn)了懸空薄膜結(jié)構(gòu)，這也有利于LED 器件出光效率的提升。

(2)在發(fā)光區(qū)尺寸發(fā)生改變（發(fā)光區(qū)直徑為80～120μm）的情況下，普通LED 器件的電致發(fā)光譜峰值光強(qiáng)僅提高了約1.5 倍，而經(jīng)過(guò)完全掏空硅襯底、減薄外延層后制成的懸空薄膜LED 器件，電致發(fā)光譜峰值光強(qiáng)提高了約1.9 倍。表明對(duì)于采用硅襯底完全剝離和懸空氮化物薄膜背后減薄技術(shù)制備的懸空薄膜LED 器件，發(fā)光區(qū)直徑變化對(duì)出光效率的影響更為明顯。

圖7 發(fā)光區(qū)直徑均為120μm，結(jié)構(gòu)不同的LED 器件在剛好到達(dá)開(kāi)啟電壓的情況下的發(fā)光情況。 (a) 普通LED； (b) 懸空薄膜LEDFig. 7The light-emitting images of the LED with different structures and with light-emitting area’s diameter of 120μm when its voltage is turned on. (a)Common LED; (b) LED with a freestanding membrane

圖8 不同尺寸和不同結(jié)構(gòu)的LED 器件的電致發(fā)光光譜Fig. 8 Electroluminescence spectra of the LEDs with different sizes and structures

圖9 (a)為發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的結(jié)構(gòu)不同的LED 器件在不同電流下總光強(qiáng)（即光譜儀在整個(gè)發(fā)光光譜域下對(duì)光強(qiáng)的積分值）的對(duì)比結(jié)果。由圖9（a）可知，相比于普通LED 器件，懸空薄膜LED 器件在不同注入電流下的總光強(qiáng)都有明顯提高，且隨著注入電流不斷增大，懸空薄膜LED器件相比于普通LED 器件的出射光總光強(qiáng)的提升幅度越來(lái)越明顯。圖9(b) 為利用可見(jiàn)光波段的光功率計(jì)和半導(dǎo)體分析儀測(cè)得的發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的懸空薄膜LED 器件的光功率-電壓-電流曲線?？梢?jiàn)，在電壓-電流呈現(xiàn)線性變化的區(qū)間，光功率-電流也表現(xiàn)出與之相吻合的線性變化規(guī)律，并且懸空薄膜LED 器件的光功率增強(qiáng)趨勢(shì)明顯。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用硅襯底完全剝離和懸空氮化物薄膜背后減薄這一工藝可以顯著提升LED 器件的出光效率。

圖9 (a) 發(fā)光區(qū)直徑為120μm 的結(jié)構(gòu)不同的LED 器件電致發(fā)光情況下總光強(qiáng)對(duì)比； (b) 發(fā)光區(qū)直徑為120μm的懸空薄膜LED 器件的光功率-電壓-電流曲線Fig. 9 (a) Comparison of the electroluminescence total light intensities of the LED with different structures when light emitting area’s diameter is 120μm;(b) L-V-I (light output power-voltage-current)curves of the LED with a 120μm-diameter light emitting area and with a freestanding membrane

5 結(jié) 論

本文基于硅襯底氮化鎵晶圓，利用雙面工藝實(shí)現(xiàn)了在發(fā)光區(qū)域完全為懸空薄膜結(jié)構(gòu)的新型LED 器件。在雙面工藝中，利用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)完全剝離硅襯底，并利用三五族材料的ICPRIE 刻蝕技術(shù)從背面減薄氮化鎵外延層，通過(guò)控制刻蝕時(shí)間來(lái)調(diào)整薄膜厚度，獲得了懸空薄膜厚度可控的LED 器件。研究了不同尺寸的普通LED 器件和懸空薄膜LED 器件的多種光電特性，并進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示，相比于普通LED器件，懸空薄膜LED 器件的電學(xué)性能有了很大提高，且隨著LED 器件尺寸（發(fā)光區(qū)直徑）的增大，電學(xué)性能的提高更為明顯。發(fā)光區(qū)直徑為120μm的普通LED 器件在15V 驅(qū)動(dòng)電壓下的電流為4.9 mA，同樣尺寸、同樣驅(qū)動(dòng)電壓下懸空薄膜結(jié)構(gòu)的LED 器件的電流提高至38.1 mA。通過(guò)檢測(cè)同一開(kāi)啟電壓下LED 器件的發(fā)光情況發(fā)現(xiàn)，懸空薄膜LED 器件的發(fā)光亮度較普通LED 器件也有明顯提高。通過(guò)電致發(fā)光測(cè)試發(fā)現(xiàn)，懸空薄膜LED 器件的制備工藝不會(huì)影響其發(fā)光光譜的穩(wěn)定，沒(méi)有對(duì)有源區(qū)的材料特性造成破壞，并有效提升了LED 器件的出光效率。隨著尺寸（發(fā)光區(qū)直徑）的提高，出光效率提高的更為明顯，有效提高了LED 器件的光學(xué)性能。在3 mA 驅(qū)動(dòng)電流下，相比于120μm 發(fā)光區(qū)直徑的普通LED 器件，同樣驅(qū)動(dòng)電流下相同尺寸懸空薄膜結(jié)構(gòu)的LED 器件的電致發(fā)光譜峰值光強(qiáng)提高了約5 倍。本文的研究工作為發(fā)展高性能懸空氮化物薄膜LED 器件開(kāi)辟了新的空間。