基于外延層殘余應變調(diào)控的InGaN基紅光LED器件

III族氮化物半導體可用于固態(tài)照明、電源和射頻設備的節(jié)能。Micro-LED顯示器滿足各種場景，性能優(yōu)于OLED和LCD。與AlInGaP材料相比，InGaN更有利于紅色Micro-LED?；贑平面InGaN的紅色LED在幾種技術中仍然占主導地位。InGaN量子阱晶體質量差導致效率降低。

近日，第九屆國際第三代半導體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA）于廈門召開。期間，“Mini/Micro-LED及其他新型顯示技術”分會上，南京大學助理教授莊喆做了“基于外延層殘余應變調(diào)控的InGaN基紅光LED器件”的主題報告，分享了最新研究成果。涉及InGaN紅色LED外延生長面臨的挑戰(zhàn)，InGaN基紅色LED的外延生長策略、InGaN紅色量子阱生長壓力的優(yōu)化，應變調(diào)制，使GaN模板更厚、在β-Ga2O3襯底上選擇GaN、InGaN原位分解層（DL），PSS上厚GaN模板上的InGaN紅色LED，具有InGaN原位DL的InGaN紅色LED，屏障中不同Al含量的性能比較，不同芯片尺寸的InGaN紅色微型LED，PSS上高效的紅色InGaN微發(fā)光二極管，InGaN紅色LED的溫度穩(wěn)定性等。

InGaN基發(fā)光二極管（LED）是藍綠光波段的高效光源，并在過去幾十年成功商業(yè)化。將其光譜范圍擴展到紅色區(qū)域會導致InGaN基LED效率顯著降低。這種降低主要歸因于高In含量的InGaN量子阱（QWs）的晶體質量差，這是由于晶格失配和低生長溫度所致。

其研究通過優(yōu)化外延結構和生長條件來展示了紅色LEDs 及微型LEDs的改進性能。InGaN基紅色LEDs是通過金屬有機氣相外延法在傳統(tǒng)的c面圖案化藍寶石襯底上生長的。研究使用了升高生長壓強從200到550Torr的方法將InGaN量子阱的發(fā)射波長擴展至黃紅光區(qū)域。這種方法獲得的4英寸外延片發(fā)光波長具有很好的均勻性，標準偏差為3.3 nm。提出了一種原位InGaN分解層（DL）和多個GaN保護層的模板結構，使用這種結構可以使GaN模板的殘余應變得到緩解，從而使峰值波長平均紅移了15 nm。盡管插入分解層會使表面形貌略有惡化，但4英寸外延片上的發(fā)光波長仍然保持均勻，標準偏差為3.4 nm，同時，外量子效率（EQE）和插座效率（WPE）分別約為8.2％和7.2％。

研究還優(yōu)化了勢壘中的Al組分以進行應變補償。這是一種在實現(xiàn)具有高插座效率的InGaN紅色微型LEDs方面的權衡方法。較高的Al組分可以有助于提高銦并入，但會阻礙載流子注入而導致工作電壓升高。結果發(fā)現(xiàn)，微量的5％Al摻雜是實現(xiàn)1A/cm2下低電壓2.15V的最佳方法，同時，直徑為10μm的微型LEDs的插座效率在1A/cm2下約為4％。此外，研究還使用光致發(fā)光和壽命分布情況來檢查微型LEDs中的側壁效應。這些紅色InGaN微型LEDs的結果表明了InGaN材料在未來全彩顯示應用中的巨大潛力。

審核編輯：劉清