铝处理提高了绿色微型led的效率

  破纪录的高效表现使得三甲基铝在量子阱生长之后持续发挥作用。来自中国的科研人员，在量子阱的生长进程中采用铝处理方法，明显提升了绿色发光二极管（LED）的光学效率。

  由盐城师范大学、半导体研究所、厦门大学以及扬州中科半导体照明公司携手合作制造的器件，展现出了卓越的性能。其峰值外量子效率（EQE）高达65%，插头效率达到60%。厦门大学团队发言人李宏建指出，如此高的效率使得该团队的迷你LED成为显示器部署的极具吸引力的候选方案。

  相较于蓝色LED，绿色LED的效率偏低。这主要归因于两个因素：其一，压电场会使电子和空穴相互分离，从而阻碍了光的发射；其二，量子阱中需要较高的铟含量，这导致了较高密度的光猝灭缺陷。鉴于这些弊端，可见LED受到“绿色间隙”问题的影响。这是一个非常关注的重要问题，全球研究界已尝试运用多种创新方法加以解决，这中间还包括采用非极性和半极性结构、纳米线、量子点、交错和梯度量子阱以及浅量子阱设计等。

  截至目前，中国其他合作项目也取得了显著成果。例如，在527纳米处实现了53.3%的峰值EQE，在525纳米处的氮化镓（GaN）-硅（Si）LED达到了55.6%的峰值EQE。而李宏建及其同事的研究成果更为突出，他们超越了这些EQE数值。其器件生长于有图案的蓝宝石衬底之上，并采用铝处理技术，应用于铟镓氮（InGaN）量子阱和氮化镓（GaN）势垒之间的生长过程。

  研究小组将蓝宝石衬底装入金属有机化学气相沉积（MOCVD）反应器后，首先在低温度的环境下沉积了30纳米厚的成核层，随后依次沉积了一系列外延层。在760°C的条件下培养每个InGaN量子阱之后，团队以8 mmol min - 1的流速将三甲基铝引入腔室，持续10秒，同时保持氨的流动，并停止铟和镓源的供应。当温度上升至940°C时，氮化镓势垒开始生长。

  将外延晶圆加工成平台面积为0.025 mm2的倒装微型发光二极管，具体步骤如下：首先进行电感耦合等离子体蚀刻，以暴露n型接触层；接着在p - GaN和n - GaN表面分别沉积氧化铟锡（ITO）和铬（Cr）/铝（Al）/铬（Cr）/铂（Pt）/金（Au）层；随后添加由五氧化二钽（Ta2O5）和二氧化硅（SiO2）交替层形成的分布式布拉格反射器；最后形成铬（Cr）/铝（Al）/镍（Ni）/铝（Al）/钛（Ti）/铂（Pt）/金（Au）接触焊盘。

  基础结构的X射线光谱分析显示，在InGaN量子阱的顶部存在一个约0.5纳米厚的铝镓氮（AlGaN）层。根据这种计量技术，由于MOCVD室中的原子发生过度反应，该AlGaN层中的镓摩尔分数极高，铝含量约为10%。此外，该团队还运用高分辨率透射电子显微镜对材料来了研究，在3毫米宽的区域内仅发现了三个“V”型凹坑。这一观察根据结果得出，活性区的缺陷密度极低。

  从时间分辨的光致发光实验结果能够准确的看出，经过铝处理后的辐射复合效果更为理想。在未进行这种处理的LED结构中，激子寿命为75纳秒，而在改进的有源区域中，激子寿命为17 ns。同时，量子阱表面的原子力显微镜发现，铝处理减小了凹坑的尺寸，并将表面粗糙度从4.8 nm降低到1.7 nm，以此来实现了阶梯流生长。

  对于采用铝处理的器件，峰值EQE和插头效率在电流密度约为5 a cm-2时出现，在20 a cm-2时分别下降到47.8%和38.5%。

  “我们认为，俄歇复合是导致InGaN绿色led效率下降的根本原因，”李说，他解释说，该合作的下一个目标是生产工作在更长的波长下的设备，比如那些发出红光的设备。