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科技前沿 | Research Review




                 大幅降低半极性 LED 的成本




                 在蓝宝石衬底上制作亚微米线条组能为降低半极性 LED 的制造成本铺平道路。




                 在    蓝宝石衬底上形成具有三角                                                        的接触式光刻技术来制作具有三
                                                                                          角形截面纳米结构的 LED，它具
                      形截面的线条组作为纳米结
                 构核的壳层，用以制作半极性的                                                           有一个透明的氧化铟锡（ITO）电
                 LED 器件。                                                                  流扩展层。有关论文的通讯作者
                     来自 美国 新墨 西哥 大学的                                                      Ashwin Rishinaramangalam 相 信，
                 一个研究团队开发了一种半极性                                                           制作这些三角形纳米结构的 LED
                 LED 的低成本生产工艺。他们放                                                         只比常规蓝宝石衬底上 GaN LED
                 弃使用了非常昂贵且供应有限的半                                                          稍微复杂一点 ：“因为我们的技术
                 极性 GaN 衬底，转而使用蓝宝石                                                        是基于已有的 c- 面 GaN 技术，如
                                                在蓝宝石衬底上形成具有三角形截面的线条组作为纳米结构核的
                 衬底来减少 LED 器件的生产成本。                                                       果所获得的结果能与目前先进的
                                                壳层，用以制作半极性的LED器件。
                     这种半极性光源的吸引力是                                                         LED 性能相当的话，这对实现它
                 在于它具备实现高效率发光的潜力。由                  以及生长速率，最终会导致产生不均匀                  的大规模生产将是十分有利的”。
                 于内建电场会使得电子和空穴分离而                   的量子阱厚度、铟浓度及其质量。                        该团队制作的器件有着很宽泛的
                 降低了发光效率，大幅降低内建电场                       为了解决这个问题，新墨西哥大                 发射光谱线，随着电流密度的增加它
                 有助于获得高的发光强度（流明 / 瓦）。               学的研究人员生长了具有三角形截面                   的变化十分明显，而这并不是半极性
                     来自新墨西哥大学的研究者并不                 的有序 GaN 基线条阵列，它只包含有                器件的典型表现。
                 是最先探索在异质衬底上制造半极性                   半极性 {      } 晶面族。然而，根据透                Rishinaramangalam 说道，在目前，
                 LED 的团队。比较常见的方法是选择                 射电子显微镜和 X 线能量色散谱分析                 器件具有宽的发射光谱是它的一个缺
                 自底向上的催化辅助气 - 液 - 固的生长              结果说明，尽管采用了这种方法，但                   点，因为他和他的同事们对由器件不
                 模式，或者是使用一种原位氮化硅介                   量子阱的厚度及其铟的组份浓度还始                   同截面所产生的光发射还无法实现很
                 质的无催化自组装方法。然而这些技                   终难以做到均一化。                          好的控制。然而，如果他们能够实现
                 术在生长纳米线的尺寸、形貌及其位                       器件的制作过程先是在 c- 面蓝宝              对发射光谱曲线进行修整的话，将可
                 置的控制上都比较困难。                        石衬底上生长 2μm 厚的 GaN 薄膜来做             以制造出具有高显色指数的白光 LED。
                     另一种选择就是选区生长方法， 为 LED 器件的 n 区，在淀积 120nm 厚                              这个团队目前已经开始使用低温
                 它是在有图形的电介质上进行非原位                   的 SiN 介质层后，研究人员使用干涉                光致发光技术来测量器件的内量子效
                 的淀积工艺。随后的步骤是用蚀刻来                   法光刻在晶圆上制作线条组图形，然                   率，来研究这种器件效率的衰减性能。
                 暴露出 GaN 模板的下方区域，以能在                后用 III-V 族原子比为 2000 来生长纳               Rishinaramangalam 说道 :“虽然我
                 非极性或者半极性晶面上进行三维纳                   米结构的核心层。这样可以保证只有                   们器件的内量子效率已经非常之高，但
                 米结构的生长。                            半极性 {      } 面能得到生长。在此之            由于 p 区侧存在着不均匀的电流传导现
                     新墨西哥大学的团队并不是唯一                 上，他们再生长了一层很薄的 n 型的                 象，使得这种些器件在电流的注入效率
                 采用这种特殊方法的研究团队。然而，                  AlGaN 层，它具有如下一些作用 ：能               上还存在着问题。正是基于此，他认为
                 它使用的约为 600nm 宽度的线条，而               减小 LED 中的反向漏电流，充当氧原                这种器件的外量子效率也不会很高”。
                 相比之下，来自 Ulm 大学的 Ferdinand          子的吸杂层，并且可用来修补掩模图                       Rishinaramangalam 也承认 ：“为了
                 Scholz 研究组所使用的线条宽度超过               形中的缺陷。                             实现均匀的电流注入，在器件的设计
                 了 1μm。                                 在 n 型 AlGaN 上 生 长 的 LED 结      上仍需要实现进一步的优化”。
                     生长纳米结构所面临的挑战之一                 构包含有一个 N 型的 GaN 层、一个具
                 就是自发形成的多重晶面，并且这些晶                  有 4 个 3nm 厚的量子阱有源区以及一                  A. Rishinaramangalam et. al.
                 面都有着不同的表面极性、铟掺杂浓度                  个镁掺杂的 P 型 GaN 层。随后用标准              Appl. Phys. Express 9 032101 (2016)


                  www.compoundsemiconductorchina.net                                          化合物半导体 2016年第4期         27
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