如何提高LED外延結(jié)構(gòu)的內(nèi)量子效率
LED外延結(jié)構(gòu)的的內(nèi)量子效率(IQE)對其亮度有著決定性的影響,而很多人的誤解是IQE由MOCVD工藝決定,其實(shí)IQE應(yīng)該是由外延材料的設(shè)計(jì)決定。而國內(nèi)缺少的恰恰是外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人才,只會用設(shè)備的人不一定能夠長出高質(zhì)量的材料。下面就簡單介紹一下一些材料參數(shù)和結(jié)構(gòu)對IQE的影響:
1、雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu):兩側(cè)的CL(Cladding Layer)的禁帶寬度要大于AL(Active Layer),AL采用量子阱結(jié)構(gòu)可以更好的限制載流子,從而提升IQE。另外一方面,采用量子阱AL,Barriers阻礙載流子在相鄰阱的移動(dòng),所以采用多量子阱結(jié)構(gòu),Barrier需要足夠透明(低和?。┮苑乐馆d流子在每個(gè)阱內(nèi)的不均勻分配。AL厚度也對IQE有很大影響,不能太厚,也不能太薄,每種材料有其最佳范圍。
2、AL參雜:AL絕對不可以重參雜,要么輕參雜,低過CL的參雜濃度,每種材料有其最佳范圍,AL經(jīng)常也不參雜。AL使用p型參雜多過使用n型參雜,p型參雜可以確保載流子在AL內(nèi)的均勻分布。AL參雜有好處也有壞處,參雜濃度增加,輻射載流子的壽命縮短,同時(shí)導(dǎo)致輻射效率增加。但是,高濃度參雜也引入缺陷。有趣的是MOCVD生長在有些時(shí)候還依賴于參雜,雜質(zhì)可以作為表面活化劑,增加表面擴(kuò)散系數(shù),從而改善晶體質(zhì)量。例如,InGaN使用Si參雜就可以改善晶體質(zhì)量。
3、CL參雜:CL的電阻率是決定CL濃度的重要參數(shù),濃度一定要低到不足以在CL中產(chǎn)生熱效應(yīng),但是CL參雜又必須高過AL用來定義PN結(jié)的位置。每種材料有其最佳范圍。但是p型濃度典型要高過n型。CL中p型雜質(zhì)濃度過低將使電子從AL中逸出,從而降低IQE。
4、晶格匹配:陰極熒光顯示發(fā)亮的LED,其交叉的位錯(cuò)線是呈現(xiàn)黑色的,可以推斷晶格不匹配增加,IQE下降。雖然GaAs和InP中晶格匹配和IQE顯示很強(qiáng)的關(guān)系,但是GaN中這種關(guān)系卻不明顯,這主要是GaN中位錯(cuò)的電學(xué)活性很低,另外,載流子在GaN的擴(kuò)散長度很短,如果位錯(cuò)間的平均距離大于擴(kuò)散長度,特別是空穴的擴(kuò)散長度,那么位錯(cuò)上的非輻射復(fù)合就不嚴(yán)重。另外一種解釋是,InGaN之所以具有高效率是因?yàn)榛衔锏某煞植▌?dòng)限制了載流子擴(kuò)散到位錯(cuò)線。
5、PN結(jié)移位:一般上CL是p型,下CL 是n型。PN結(jié)移位會影響IQE,特別是Zn、Be等小原子,可以輕易擴(kuò)散過AL,到下CL。同時(shí),Zn、Be的擴(kuò)散系數(shù)很明顯有濃度依賴性,當(dāng)濃度超過極限,擴(kuò)散速度大大提高,所以必須十分小心。
6、非輻射復(fù)合:表面必須離開AL幾個(gè)擴(kuò)散長度的距離,這就是MESA型LED曝露AL,其IQE遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Planar的RCLED的原因。需要指出的是曝露的表面如果只有一種載流子,則不影響IQE。
由此可見,MOCVD象藝術(shù)多過象技術(shù),很多參數(shù)都是一種動(dòng)態(tài)平衡中選取最佳范圍,而且這還是看單一影響,如果復(fù)合效果則更加復(fù)雜,有時(shí)只有經(jīng)驗(yàn),而沒有理論和公式,甚至變換設(shè)備也沒有可行的依據(jù),所以我們在MOCVD人才引進(jìn)上要看其工藝技術(shù)的功底、以及其所處環(huán)境的技術(shù)氛圍和底蘊(yùn),如果有人夸口到國內(nèi)可以馬上把MOCVD技術(shù)搞上去,那就是吹牛了,大家千萬不要上當(dāng)受騙。上面只是簡單說了一下關(guān)系,具體的大家還要根據(jù)實(shí)踐去摸索。
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