台湾研究更高光效的近绿光氮化铟镓LED生长转化工艺
2013-10-18 16:45:40 来源:OFweek半导体照明网 浏览次数:0
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。
图1 LED普通架构。
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)。
图2 LEDMQW生长的源转化序列原理图(a)I和(b)II。
研究人员做成了发光波长为516nm的光致发光(PL) LED。该芯片包含氧化铟锡(ITO)透明电极。
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%。
图3 (a)LED I和II的光输出功率、EQE,(b)电流发光波长和FWHM。
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。