香港科技大學(HKUST)近日研發(fā)出一種高性能的硅襯底綠黃氮半導體LED，此項新研究成果發(fā)布在IEEEElectronicDeviceLetters上（5月29日）。研究人員稱其565nm黃色LED是第一款硅襯底多量子阱(MQW)設備。

　　從理論上講，使用硅作為襯底可降低材料成本和實現(xiàn)大晶圓直徑產(chǎn)品批量生產(chǎn)的規(guī)模經(jīng)濟效益，但是與傳統(tǒng)、更昂貴的獨立GaN、藍寶石或碳化硅(SiC)襯底相比，硅襯底氮半導體會導致更大的晶格失配。研究人員表示，生產(chǎn)更大波長的氮半導體LED極具挑戰(zhàn)性，因為難以生產(chǎn)出質(zhì)量佳、銦濃度更高的氮化銦鎵(InGaN)產(chǎn)品。雖然半導體晶體管領(lǐng)域中的硅襯底工藝已十分成熟，但類似的生長方式最近才被應用于LED設備材料。

　　在2英寸硅片上，研究人員使用金屬有機氣相沉積(MOCVD)技術(shù)來生成最初的模板，該模板由氮化鋁(AlN)成核、8對氮化鋁/氮化鎵(AlN/GaN)層組成，以創(chuàng)造出一個超晶格(SL)（用作應力平衡夾層）和一個2μmGaN緩沖層。研究人員首先對SiO2層和銦錫氧化物(ITO)層進行沉淀，再利用氯化氫(HCL)酸溶液對ITO進行蝕刻，最后使用等離子蝕刻法來形成二氧化硅(SiO2)納米棒。納米棒的密度為2x109/cm2，表面覆蓋度為35%；其作為GaN再生長的遮罩，可降低位錯密度并提高晶體質(zhì)量。

　　隨后，通過MOCVD技術(shù)生成LED結(jié)構(gòu)，在納米棒、AlN/GaNSL夾層、2μmN型GaN、5周期多量子阱(MQW)以及200nm的p-GaN周圍再生成800nmGaN。再生成的GaN位錯密度為8x108/cm2，被稱為“最低的硅襯底GaN位錯密度之一”。

　　研究人員隨后準備適用于發(fā)射黃色(565nm)和綠色(505和530nm)光的材料，以制作300μmx300μmLED芯片。如預期一樣，隨著波長增加，光輸出功率(LOP)逐漸下降。在20mA條件下，505nm波長的輸出功率為1.18mW，530nm和565nm波長的輸出功率分別為0.30mW和74μW。對于505nm、530nm和565nm設備，光輸出功率分別在7.60mW(200mA)、2.72mW(180mA)和0.52mW(160mA)條件下達到飽和狀態(tài)。

　　據(jù)稱，這是人們首次在硅襯底上成功制造出565nm黃色InGaN/GaNMQWLED，且505nmLED的LOP遠遠高于以往的硅LED設備。除了提高材料質(zhì)量外，該機構(gòu)研究人員相信納米棒也可以增強光提取散射效應。