會議現場

　　2015年11月3日下午，第十二屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA2015）之“材料與裝備技術”分會在深圳會展中心五層舉行。會上，南洋理工大學研究員張紫輝介紹了增加III-V族氮化物半導體發光二極管載流子注入效率的新途徑，介紹了影響LED器件效率的主要因素，總結提升LED器件載流子注入效率的各種方法及代表性文章，并提出了自己的器件結構和全新的物理思想。

南洋理工大學研究員 張紫輝
 

　　一般增加空穴注入途徑總結來說，有三種，即在p-型電子阻擋層上，多量子阱區，材料本身做文章。如超晶格型p-電子阻擋層，InGaN量子壘和通過V-defect增加空穴注入效率。

 

　　在增加電子注入方面，概括地說也有三種，即在p-型電子阻擋層上，多量子阱區，材料本身做文章。如InAlN電子阻擋層，AlGaN或者InAlGa量子壘覆蓋層和生長氮面的量子阱結構。

 

　　張紫輝表示，在增加空穴注入效率方面，其研究團隊提出了自己的器件結構和物理原理。第一個是通過次價帶調控空穴注入。在p-AlGaN電子阻擋層中生長薄層GaN,從而在薄層GaN中產生次價帶，這可以有效的降低空穴的勢壘高度。同時GaN的位置很重要，我們建議GaN薄層的位置盡量靠近p-GaN側，因為這樣子可以提升空穴的隧穿作用，從而增加空穴的局域濃度，進一步降低空穴的勢壘高度。我們做了計算，發現計算出來的結果和我們預期的非常一致。通過實驗測量發現，通過加入薄層GaN層，器件的量子效率可以得到顯著提升，同時如果薄層GaN如果更靠近p-GaN一側，器件的效率還有進一步提升的空間。實驗測量跟我們預測的一致。

 

　　研究團隊還提出了空穴加速器，即在p-GaN層嵌入薄層p-AlGaN，這就產生了極化電場，空穴從極化電場那里獲取能量，從而空穴通過p-AlGaN電子阻擋層的幾率增加。理論計算發現，空穴加速器增加了量子阱中空穴濃度，同時改善了器件的量子效率和減小了efficiency droop效應。理論計算和實驗結果跟前期的預測達到了高度的吻合。

 

　　此外，在增加空穴注入效率方面研究團隊也提出了空穴調節器。增加空穴注入效率的途徑之一是增加空穴的濃度。空穴調節器的比較簡單，即Mg摻雜最后一個量子壘提供空穴，內建電場將空穴耗盡至p-GaN中，從而增加了p-GaN的摻雜效率。

 

　　“我們還提出了極化冷卻的概念。極化冷卻的概念很簡單，就是生長一層N-型AlGaN作為電子阻擋層。”

 

　　張紫輝表示，N-AlGaN內部有極化場，研究團隊計算出了N-AlGaN內部的極化場，同時作為比較，同一位置GaN中的極化場我們也作了計算。對極化電場做個積分，得出電子在n-AlGaN中減小了106meV的能量，多于63meV，如此，量子阱捕獲到電子的幾率增加了，以剛才為列子，捕獲率可能是50%，那么捕獲的電子數目是40個，當然有助于效率提升，同時降低電子損失率。

 

　　如何實現極化自屏蔽p-AlGaN? “可以通過線性降低AlGaN中Al的組分來實現，這樣的話，該層中會產生具有負電特性的極化體電荷，可以屏蔽具有正電性的極化面電荷，從而電子局域濃度降低。載流子局域濃度越低，載流子漏率越小。計算發現極化自屏蔽p-AlGaN電子阻擋層的確降低了電子局域濃度，這有助于減小電子的漏率，改善器件的效率。