台湾研究更高光效的近绿光氮化铟镓LED生长转化工艺

发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。LED被称为第四代光源，具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。其中，铟氮化镓(InGaN)-近紫外线，蓝绿色，蓝色。

台湾国立成功大学已采用氮化铟镓生长工艺开发出近绿光LED，这使得器件峰值外量子效率达到48.6%。该工艺涉及到氮化铟和氮化镓在2秒爆裂(bursts)时的生长转化。

许多研究人员正在探寻提升绿光LED光效的方法。目前，仍没有生产高效的LED的理想材料，因为黄绿带(gap)存在于砷化物/磷化物器件的红橙和氮化铟镓的蓝色可见光谱之间。

这种LED材料生长于Thomas Swan 19x2英寸的密配合喷淋头(CCS) MOCVD系统的图案化蓝宝石衬底上。CCS技术的拥有者是爱思强。蓝宝石的图案为直径为3.5μm、间隙为2μm的角锥阵列。角锥高度为1.3μm。

氮化物半导体有机金属外延源为三甲基镓、三甲基铟和三甲基铝(TMG、TMI、TMA)和氨气((NH3)、氮气。InN/GaN的转化(图2)是在有源 发光区多量子阱(MQW)执行。该转化loop包含40个TMG与TMI两秒爆裂环。氨气保持恒定。研究人员在阱生长时也制作出了一颗标准的TMG与 TMI恒量MQW(LED I)。

外延材料的X-ray和PL分析表明，转化后的InN/GaN阱生长(LED II)晶体质量更好。LEDII的PL半峰全宽(FWHM)为24.6nm，LEDI为29.1nm。x-ray也显示，LED II为89 arcsec，LED I为93.5 arcsec。更宽的伴峰(satellite peaks)与递增的表面粗糙度或合金成分变化有关。

注入电流低于120mA时，LED I的前向电压为3.35V，而LED II则为3.34V。在-15V时，LEDI的反向漏电流53.7μA，LEDII为5.1μA。其电流与电压曲线图表明，通过理想因子 (ideality factor)的测量得知，LEDII的非辐射复合减少了，非辐射复合会降低发光效率。

研究人员认为，更好的理想因子和反向电流泄露的减少，归因于LEDII转化InN/GaN生长工艺中绿光InGaN/GaN MQW晶体质量的改进。

电致发光(EL)光输出功率和外量子效率(EQE)数据确认了理想因子和反向电流泄露预期(图3)。在120mA时，LED I和II的光输出功率为89.5mW和110.2mW。各自的EQE分别为30.8%和37.9%。LED II的峰值EQE为48.6%，LED I为34.0%。

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

研究人员也研究了EL发光谱的蓝光漂移和FWHM问题。该研究表明，LEDII晶体质量的改进提升了应力诱变极性电场(strain-induced polarization field)，从而也导致更强的量子约束斯塔克效应(QCSE)，QCSE中的电子和空穴被大电场所分开，降低发光。研究人员表示，这就导致了LED II的发光波长蓝光漂移和光衰都比LED I大。


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