臺灣研究更高光效的近綠光氮化銦鎵LED生長轉化工藝

發光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。LED被稱為第四代光源，具有節能、環保、安全、壽命長、低功耗、低熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等特點，可以廣泛應用於各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。其中，銦氮化鎵(InGaN)-近紫外線，藍綠色，藍色。

臺灣國立成功大學已采用氮化銦鎵生長工藝開發出近綠光LED，這使得器件峰值外量子效率達到48.6%。該工藝涉及到氮化銦和氮化鎵在2秒爆裂(bursts)時的生長轉化。

許多研究人員正在探尋提升綠光LED光效的方法。目前，仍沒有生產高效的LED的理想材料，因為黃綠帶(gap)存在於砷化物/磷化物器件的紅橙和氮化銦鎵的藍色可見光譜之間。

這種LED材料生長於Thomas Swan 19x2英寸的密配合噴淋頭(CCS) MOCVD系統的圖案化藍寶石襯底上。CCS技術的擁有者是愛思強。藍寶石的圖案為直徑為3.5μm、間隙為2μm的角錐陣列。角錐高度為1.3μm。

氮化物半導體有機金屬外延源為三甲基鎵、三甲基銦和三甲基鋁(TMG、TMI、TMA)和氨氣((NH3)、氮氣。InN/GaN的轉化(圖2)是在有源 發光區多量子阱(MQW)執行。該轉化loop包含40個TMG與TMI兩秒爆裂環。氨氣保持恒定。研究人員在阱生長時也制作出了一顆標准的TMG與 TMI恒量MQW(LED I)。

外延材料的X-ray和PL分析表明，轉化後的InN/GaN阱生長(LED II)晶體質量更好。LEDII的PL半峰全寬(FWHM)為24.6nm，LEDI為29.1nm。x-ray也顯示，LED II為89 arcsec，LED I為93.5 arcsec。更寬的伴峰(satellite peaks)與遞增的表面粗糙度或合金成分變化有關。

注入電流低於120mA時，LED I的前向電壓為3.35V，而LED II則為3.34V。在-15V時，LEDI的反向漏電流53.7μA，LEDII為5.1μA。其電流與電壓曲線圖表明，通過理想因子 (ideality factor)的測量得知，LEDII的非輻射複合減少了，非輻射複合會降低發光效率。

研究人員認為，更好的理想因子和反向電流泄露的減少，歸因於LEDII轉化InN/GaN生長工藝中綠光InGaN/GaN MQW晶體質量的改進。

電致發光(EL)光輸出功率和外量子效率(EQE)數據確認了理想因子和反向電流泄露預期(圖3)。在120mA時，LED I和II的光輸出功率為89.5mW和110.2mW。各自的EQE分別為30.8%和37.9%。LED II的峰值EQE為48.6%，LED I為34.0%。

LED II的不足是，在350mA時的光衰是峰值的44.6%。LEDI則為30.7%。

研究人員也研究了EL發光譜的藍光漂移和FWHM問題。該研究表明，LEDII晶體質量的改進提升了應力誘變極性電場(strain-induced polarization field)，從而也導致更強的量子約束斯塔克效應(QCSE)，QCSE中的電子和空穴被大電場所分開，降低發光。研究人員表示，這就導致了LED II的發光波長藍光漂移和光衰都比LED I大。


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