如何减少高输出功率LED势阱势垒中的极化失配

　　据CompoundSemiconductor报道：美国伦斯勒理工学院（RPI）、韩国三星LED和浦项科技大学的科研人员正在联合研发多量子阱（MQW）LED,与传统使用GaN半导体材料作为势垒（QB）层不同，在该项目中势垒材料采用的是InGaN（《应用物理快报（APL）》2010年总第107卷，p063102）。势阱材料同样是InGaN,所不同的是In组分含量更高，从而产生比势垒更窄的能带（图1）。其发光波长为480-443nm位于蓝光范围490-440nm中。

　　上述设计的动机是减少由InGaN和GaN材料之间晶格失配应变引起的压电电场。同时诸如InGaN等氮化物半导体材料中会产生自发极化电场。横跨LED结构的电场对器件的性能有若干负面影响。例如，电场能分离电子和空穴的波函数，进而减少两种载流子复合发光的机会。其他的影响还包括在不同的电流下造成发光波长的偏移。上述颜色偏移对特定波长的LED或LED加荧光粉白光器件是不利的，会造成显色指数的不稳定。

　　RPI的研究人员在E FredSchubert教授的领导下已有多年研究LED中极化效应的经验。在最新发表的研究报告中，他们发现当驱动电流上升时时势阱和势垒之间的极化失配以及波长的蓝移都有所减少（使用脉宽2微秒、占空比1%的脉冲电流避免自加热现象）。正向电压也更低（300mA时4.1V,对照InGaN/GaN器件则为4.6V），表明更高的效率以及更低的串联电阻。从原子力显微镜图片可以看到凹坑密度也更低，标明更少的线位错密度。器件的反向漏电流也更低。

　　该项目中LED是基于金属有机物化学气相沉积（MOCVD）在蓝宝石衬底上外延生长的多量子阱结构，其光输出功率（LOP）和外量子效应（EQE）也得到了提高，详见图2.采用InGaN作为势垒材料的新结构中外量子效应随正向电流的增加也稳定提高，并在电流达到300mA时饱和。作为对比，传统GaN势垒对照结构现外量子效率在约10mA时到达峰值，并在300mA时已严重下降了约45%.

　　模拟计算表明InGaN/InGaN多量子阱LED与对照GaN势垒结构相比极化电场大大削弱，正向电流0-300mA时前者为约0.8MV/cm,后者则为约1.2-1.4MV/cm.在上述相同的电流范围中，GaN势垒对照器件的发光波长从465nm蓝移到了低于445nm.InGaN势垒LED的蓝移则相对较小，在正向电流0-50mA发光波长从448nm降至444nm,50-300mA间又微增至445nm