氮化物基材料被认为是非常有前途的半导体材料用于高亮度发光二极管（LED）和高功率高频器件在由于其直接带隙和宽带隙（0.7-6.2 eV）。InGaN基多量子阱LED被广泛应用于全彩显示、景观照明、交通信号灯等由于其具有高效率、寿命场、尺寸小的优势。尽管在制作绿光LED已经有了很大的进步，提高InGaN/GaN 多量子阱中In组分的并入仍是获得长波长高性能绿光LED的障碍瓶颈。其中一个导致In组分的并入的困难是由于外延层中存在的应力，这是由于蓝宝石衬底和GaN晶格常数失配和热膨胀系数失配造成的。c面蓝宝石上生长的GaN中的主要应变源于热系数不相容性（62%）和晶格常数差（13%）。在2英寸蓝宝石衬底上生长的GaN层，其压应力可达到200 MPa，晶片的弯曲可达到60微米，这对于大规模生长是不可接受的。因此，因为GaN异质外延形成的应力对于In组分的并入有着非常重要的影响。

中国科学院半导体研究所王军喜课题组通过在GaN层中插入光子晶体提高InGaN基绿光LED的In组分的并入。光子晶体的采用得到了张应力的释放。应力释放可归因于Ph-C基质中的应变晶格恢复和Ph-C空隙上的GaN赝晶外延。此外，XRD和AFM结果表明插入光子晶体可以提高晶体质量。通过插入光子晶体，绿光LED的In组分并入得到了提升，这导致了波长红移了6 nm。20 mA下绿光LED的光输出功率提高了10.65%。

光子晶体的引入增大了In组分的并入，为高性能绿光LED的设计提供了更广泛的空间，对促进InGaN基LED在工业领域的应用起到了积极的作用。

图1. 制备光子晶体的示意流程图。

图2.（a）室温下对照和光子晶体LED的PL光谱。(b) 不同电流下对照和光子晶体LED的EQE。(c) 不同电流下对照和光子晶体LED的光输出功率。

文章信息：

Improving the incorporation of indium component for InGaN-based green LED through inserting photonic crystalline in the GaN layer

Yunqi Li, Xinwei Wang, Ning Zhang, Xuecheng Wei, Junxi Wang

J. Semicond. 2022, 43(7): 072801

doi: 10.1088/1674-4926/43/7/072801

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/7/072801

来源：半导体学报2022年第7期-中文导读