臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué)已采用氮化銦鎵生長(zhǎng)工藝開發(fā)出近綠光LED，這使得器件峰值外量子效率達(dá)到48.6%。該工藝涉及到氮化銦和氮化鎵在2秒爆裂(bursts)時(shí)的生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化。

許多研究人員正在探尋提升綠光LED光效的方法。目前，仍沒有生產(chǎn)高效的LED的理想材料，因?yàn)辄S綠帶(gap)存在于砷化物/磷化物器件的紅橙和氮化銦鎵的藍(lán)色可見光譜之間。

這種LED材料生長(zhǎng)于Thomas Swan 19x2英寸的密配合噴淋頭(CCS) MOCVD系統(tǒng)的圖案化藍(lán)寶石襯底上。CCS技術(shù)的擁有者是愛思強(qiáng)。藍(lán)寶石的圖案為直徑為3.5μm、間隙為2μm的角錐陣列。角錐高度為1.3μm。

圖1 LED普通架構(gòu)。

氮化物半導(dǎo)體有機(jī)金屬外延源為三甲基鎵、三甲基銦和三甲基鋁(TMG、TMI、TMA)和氨氣((NH3)、氮?dú)�。InN/GaN的轉(zhuǎn)化(圖2)是在有源發(fā)光區(qū)多量子阱(MQW)執(zhí)行。該轉(zhuǎn)化loop包含40個(gè)TMG與TMI兩秒爆裂環(huán)。氨氣保持恒定。研究人員在阱生長(zhǎng)時(shí)也制作出了一顆標(biāo)準(zhǔn)的TMG與TMI恒量MQW(LED I)。

 圖2 LEDMQW生長(zhǎng)的源轉(zhuǎn)化序列原理圖(a)I和(b)II。

研究人員做成了發(fā)光波長(zhǎng)為516nm的光致發(fā)光(PL) LED。該芯片包含氧化銦錫(ITO)透明電極。

外延材料的X-ray和PL分析表明，轉(zhuǎn)化后的InN/GaN阱生長(zhǎng)(LED II)晶體質(zhì)量更好。LEDII的PL半峰全寬(FWHM)為24.6nm，LEDI為29.1nm。x-ray也顯示，LED II為89 arcsec，LED I為93.5 arcsec。更寬的伴峰(satellite peaks)與遞增的表面粗糙度或合金成分變化有關(guān)。

注入電流低于120mA時(shí)，LED I的前向電壓為3.35V，而LED II則為3.34V。在-15V時(shí)，LEDI的反向漏電流53.7μA，LEDII為5.1μA。其電流與電壓曲線圖表明，通過理想因子(ideality factor)的測(cè)量得知，LEDII的非輻射復(fù)合減少了，非輻射復(fù)合會(huì)降低發(fā)光效率。

研究人員認(rèn)為，更好的理想因子和反向電流泄露的減少，歸因于LEDII轉(zhuǎn)化InN/GaN生長(zhǎng)工藝中綠光InGaN/GaN MQW晶體質(zhì)量的改進(jìn)。

電致發(fā)光(EL)光輸出功率和外量子效率(EQE)數(shù)據(jù)確認(rèn)了理想因子和反向電流泄露預(yù)期(圖3)。在120mA時(shí)，LED I和II的光輸出功率為89.5mW和110.2mW。各自的EQE分別為30.8%和37.9%。LED II的峰值EQE為48.6%，LED I為34.0%。

圖3 (a)LED I和II的光輸出功率、EQE，(b)電流發(fā)光波長(zhǎng)和FWHM。

LED II的不足是，在350mA時(shí)的光衰是峰值的44.6%。LEDI則為30.7%。

研究人員也研究了EL發(fā)光譜的藍(lán)光漂移和FWHM問題。該研究表明，LEDII晶體質(zhì)量的改進(jìn)提升了應(yīng)力誘變極性電場(chǎng)(strain-induced polarization field)，從而也導(dǎo)致更強(qiáng)的量子約束斯塔克效應(yīng)(QCSE)，QCSE中的電子和空穴被大電場(chǎng)所分開，降低發(fā)光。研究人員表示，這就導(dǎo)致了LED II的發(fā)光波長(zhǎng)藍(lán)光漂移和光衰都比LED I大。