InGaN 红光LEDs外延温度提升

加州大学圣巴巴拉分校 (UCSB) 的研究人员声称可提高InGaN红光 LED 外延温度，从而打开红光LEDs研究的新篇章。这一突破来自于引入弛豫InGaN 缓冲区。

众所周知，GaN基长波长LEDs的外延需要低生长温度，以提高InGaN量子阱中的In组分，因此红光量子阱的生长温度一般明显低于蓝绿光量子阱的生长温度。但是，低生长温度降低了原子的迁移能力，提升了缺陷密度，表面容易粗化，导致发光效率下降。

毫无疑问，高发光效率的GaN基红光microLEDs对显示领域具有重要的意义。当前显示使用均为AlInGaP基红光mini-LEDs，虽然它发光效率高，但是当尺寸进一步减小，尤其到几微米尺度，表面复合加剧，效率将大幅下降。但是，氮化物半导体LEDs表面复合速度低，在该方面具有优势。

但是氮化物红光LEDs外延极为困难，高In组分 InGaN 和 GaN 之间的晶格失配很大，失配位错密度高，同时在生长时In组分提拉效应降低了量子阱中的In组分。

为了克服上述组分提拉效应，可以引入弛豫的 InGaN 缓冲层，以降低应变从而实现更高的生长温度。 UCSB在前期工作中使用通过电化学刻蚀方法制作了多孔GaN作为驰豫缓冲层。然而，根据新论文作者Philip Chan的说法，上述方法有下述缺点：制作工艺复杂，只能部分驰豫缓冲层的应力，并且会导致衬底可用面积大幅减少。

Chan 和他的同事开发了一种利用InGaN热分解层实现弛豫方法。

该团队GaN外延层上在720 °C 下生长3 nm 厚的 InGaN 分解层和4 nm GaN，之后升温至 930 °C生长了包括5个周期的分解停止层，每个周期包括18 nm厚InGaN 和 2 nm 厚 GaN。在高温生长过程中，高In组分InGaN分解层分解形成空洞，使分解停止层实现应变弛豫从而作为后续 LED外延 的模板。在该模板上，团队先生长了一层InGaN缓冲层，之后生长了如图所示的器件结构。（见图，该图标出了分解层位置，插图是 100 A cm^-2 下LEDs的发光照片）。

器件测试显示，当电流密度从 5 A cm^-2 增加到 50 A cm^-2 时，LED 的峰值波长从 770 nm 蓝移到 660 nm。 Chan认为这种大幅度的蓝移是“相当标准”的，其原因是工作电流增加时的极化场屏蔽效应，可以通过后续的精准掺杂研究来改善。但是，该工作让大家看到红色 InGaN micro-LEDs商业化的曙光 。”

当然，现在实现的红光LEDs半峰宽过大，为69 nm，不能满足显示应用要求。 n 型层的电流扩散不良是原因之一，有望在以后研究中优化改善。

参考

P. Chan et al. Appl. Phys. Express 14 101002 (2021)

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