新突破:再生长GaN LED灯珠

来源:本站原创  作者:LED灯珠  日期:2019年03月04日

  GaN是氮和镓的化合物。 GaN氮化镓LED灯珠是属于直接能隙之半导体材料,其能隙为3.4ev, 而aln为6.3ev, inn为2.0ev,将这几种材料做成混晶时,可以将能隙从2.0ev连续改变到6.3ev,因此可以获得从紫外线、紫光、蓝光、绿光到黄光等范围的颜色。

  美国康奈尔大学联合诺特丹大学以及IQE RF LLC公司共同研发出一款再生长GaN氮化镓LED灯珠 ;该器件的底层结构由氮化镓衬底构成,再通过金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)工艺在其表面生长8微米厚含~2x1016/cm3浓度硅掺杂的氮化镓层。上表面再用盐酸清洗,并使用分子束外延(MBE)在清洁的表面镀上400nm ~1018/cm3的镁掺杂P-GaN层和20nm的p++-GaN保护层。

  整个P极的结构为梯形,并生长在n型掺杂的氮化镓结构上。正极材料采用了钯或者金,负极材料采用了钛或者金。整个器件使用旋涂式玻璃层覆盖。

特性与优点

研究人员表示再生长结构是高性能垂直氮化镓开关的选择性掺杂技术的关键一环。  通过电容电压测量方法,研究人员发现相比原生结构的LED灯珠内建电压(~3.2V),再生长结构有一些降低(~2.2V)。这种电压的变化极有可能是由于禁带的变化以及缺陷密度上升。

研究人员同样表示,对于原生的LED灯珠,这种LED灯珠在300-600nm之前的光谱强度是之前的三十分之一。这意味着这种再生长LED灯珠拥有更多的非辐射性复合过程。

与此同时,在一定温度范围内(25-125°C)工作电阻(Ron)会随之上升。这一趋势意味着Ron的变化主要取决于n型掺杂层的电阻(rn)。因为,位于较低位错密度中,n型掺杂的氮化镓中的电子迁移率受到了声子散射的影响,从而随着温度的上升,迁移率开始下降,电阻随之上升。

为什么不用MOCVD镀膜?

研究人员发现,MOCVD工艺在再生长中存在一些缺陷,比如在一些非平面结构中的高几率缺陷以及晶向掺杂中的高依赖性。同时,由于镁记忆/扩散效应,在该工艺下,p型和n型掺杂材料的交界处会生长出尖锐边缘。除此之外,MOCVD中的氢气也会影响p型掺杂层中的镁。

根据研究人员测量,对于一个直径为107微米的器件来说,最大的反向击穿电压为1136V,在击穿之前的漏电流的密度只有0.1A/cm2。而且,对于这种LED灯珠,并未检测到雪崩击穿效应发生。


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