如何減少高輸出功率LED勢(shì)阱/勢(shì)壘中的極化失配

　　據(jù)CompoundSemiconductor報(bào)道：美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院（RPI）、韓國(guó)三星LED和浦項(xiàng)科技大學(xué)的科研人員正在聯(lián)合研發(fā)多量子阱（MQW）LED,與傳統(tǒng)使用GaN半導(dǎo)體材料作為勢(shì)壘（QB）層不同，在該項(xiàng)目中勢(shì)壘材料采用的是InGaN（《應(yīng)用物理快報(bào)（APL）》2010年總第107卷，p063102）。勢(shì)阱材料同樣是InGaN,所不同的是In組分含量更高，從而產(chǎn)生比勢(shì)壘更窄的能帶（圖1）。其發(fā)光波長(zhǎng)為480-443nm位于藍(lán)光范圍490-440nm中。

　　上述設(shè)計(jì)的動(dòng)機(jī)是減少由InGaN和GaN材料之間晶格失配應(yīng)變引起的壓電電場(chǎng)。同時(shí)諸如InGaN等氮化物半導(dǎo)體材料中會(huì)產(chǎn)生自發(fā)極化電場(chǎng)。橫跨LED結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)對(duì)器件的性能有若干負(fù)面影響。例如，電場(chǎng)能分離電子和空穴的波函數(shù)，進(jìn)而減少兩種載流子復(fù)合發(fā)光的機(jī)會(huì)。其他的影響還包括在不同的電流下造成發(fā)光波長(zhǎng)的偏移。上述顏色偏移對(duì)特定波長(zhǎng)的LED或LED加熒光粉白光器件是不利的，會(huì)造成顯色指數(shù)的不穩(wěn)定。

　　RPI的研究人員在E FredSchubert教授的領(lǐng)導(dǎo)下已有多年研究LED中極化效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。在最新發(fā)表的研究報(bào)告中，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流上升時(shí)時(shí)勢(shì)阱和勢(shì)壘之間的極化失配以及波長(zhǎng)的藍(lán)移都有所減少（使用脈寬2微秒、占空比1%的脈沖電流避免自加熱現(xiàn)象）。正向電壓也更低（300mA時(shí)4.1V,對(duì)照InGaN/GaN器件則為4.6V），表明更高的效率以及更低的串聯(lián)電阻。從原子力顯微鏡圖片可以看到凹坑密度也更低，標(biāo)明更少的線位錯(cuò)密度。器件的反向漏電流也更低。

　　該項(xiàng)目中LED是基于金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）在藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)的多量子阱結(jié)構(gòu)，其光輸出功率（LOP）和外量子效應(yīng)（EQE）也得到了提高，詳見圖2.采用InGaN作為勢(shì)壘材料的新結(jié)構(gòu)中外量子效應(yīng)隨正向電流的增加也穩(wěn)定提高，并在電流達(dá)到300mA時(shí)飽和。作為對(duì)比，傳統(tǒng)GaN勢(shì)壘對(duì)照結(jié)構(gòu)現(xiàn)外量子效率在約10mA時(shí)到達(dá)峰值，并在300mA時(shí)已嚴(yán)重下降了約45%.

　　模擬計(jì)算表明InGaN/InGaN多量子阱LED與對(duì)照GaN勢(shì)壘結(jié)構(gòu)相比極化電場(chǎng)大大削弱，正向電流0-300mA時(shí)前者為約0.8MV/cm,后者則為約1.2-1.4MV/cm.在上述相同的電流范圍中，GaN勢(shì)壘對(duì)照器件的發(fā)光波長(zhǎng)從465nm藍(lán)移到了低于445nm.InGaN勢(shì)壘LED的藍(lán)移則相對(duì)較小，在正向電流0-50mA發(fā)光波長(zhǎng)從448nm降至444nm,50-300mA間又微增至445nm