大功率InGaN基LED新型外延结构研究

传统InGaN基蓝光LED在较小的电流密度下（一般小于10 A/cm2）达到峰值量子效率，进一步增加电流密度，量子效率显著下降。而用于半导体照明的大功率LED需要在大电流密度下（大于200 A/cm2）保持高量子效率。提高大电流密度下工作的大功率蓝光LED的量子效率是实现半导体照明的关键，为此必须降低大电流密度注入下LED有源区的载流子密度和电子溢出。本项目拟采用新型外延结构来达到此目的。一是采用超薄GaN量子垒层或高In组分InGaN量子垒层，促使空穴注入到n-GaN侧量子阱，使载流子在多量子阱有源区分布更均匀，从而降低载流子密度，实现真正的多量子阱发光LED。二是采用Al0.82In0.18N代替LED结构中传统的Al0.2Ga0.8N电子阻挡层，增加电子溢出有源区需要克服的势垒高度，以更好限制电子，降低溢出有源区的电子浓度。

本项目主要研究了新型外延结构氮化镓基LED的MOCVD外延生长和器件特性。研究内容包括超薄GaN 量子垒InGaN/GaN 多量子阱LED 结构的MOCVD 生长、器件制作和特性研究，以及高In 组分InGaN 量子垒InGaN/InGaN 多量子阱LED 结构的MOCVD生长、器件制作和特性研究。系统研究了GaN量子垒厚度对InGaN/GaN 多量子阱LED的发光效率的影响，发光效率与注入电流密度的关系。优化了超薄GaN 量子垒InGaN/GaN 多量子阱LED的外延生长，提高了其量子效率。研究了高In 组分InGaN 量子垒InGaN/InGaN 多量子阱的MOCVD生长，优化了其生长条件。研究了MOCVD生长条件对AlInN薄膜表面形貌的影响，通过优化生长条件，获得了表面形貌非常好的Al0.82In0.18N薄膜。在此基础上，制备了InGaN/InGaN 多量子阱LED，研究了其发光效率与注入电流密度的关系。总之，通过器件结构的优化设计和外延生长的优化，我们提升了InGaN量子阱LED在大电流注入下的发光效率。