韓國首爾國立大學(xué)和三星電子有限公司已經(jīng)使用填充有p型氮化鎵的溝槽來增加InGaN LED的輸出功率。

溝槽的目的是使孔更有效地進(jìn)入多量子阱（MQW）結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的LED中，來自頂部p-GaN接觸層的孔往往要遠(yuǎn)離阱頂部，這意味著從阱下部發(fā)出的光不會(huì)太多。通過溝槽，研究人員希望增加進(jìn)入設(shè)備較深部分的孔的數(shù)量（圖1a）。

圖1（a）常規(guī)LED和p型溝槽LED的MQW孔分布
（b）張力存在或消除時(shí)，MQW的能帶結(jié)構(gòu)

研究人員也希望用溝槽分裂應(yīng)變材料能減少由III族氮化物極化引起MQW結(jié)構(gòu)中的壓電場。張力的出現(xiàn)是由于GaN和InGaN晶體結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)晶格失配。

在量子阱結(jié)構(gòu)中，在內(nèi)建極化電場的作用下，能帶發(fā)生傾斜，電子和空穴發(fā)生分離，波函數(shù)交疊量減少，并轉(zhuǎn)換成光子（圖1b），這就是通常說的量子限制斯塔克效應(yīng)（QCSE）。通過在半極性或非極性晶體取向中生長材料可以避免這種影響，但是通常需要使用昂貴的自立式或大塊的GaN基板。

空穴運(yùn)輸差是導(dǎo)致高電流注入時(shí)效率下降的其中一個(gè)原因。由于大多數(shù)的電子-空穴復(fù)合發(fā)生在一個(gè)或兩個(gè)阱中，非輻射“俄歇”似的起始電流就會(huì)降低。此外，電子溢出到p-GaN接觸層中的概率大大增加。

用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法 (MOCVD) 在c面藍(lán)寶石基板上生長的的3nm/12nmInGaN / GaN多量子阱，通過電子束光刻法定義溝槽。有源區(qū)發(fā)出藍(lán)光。光刻在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）抗蝕劑的100nm涂層上進(jìn)行。通過電感耦合等離子體蝕刻將形成溝槽的圖案轉(zhuǎn)移到MQW結(jié)構(gòu)中，在950℃溫度和200Torr壓力下，p型GaN填充的溝槽橫向生長。

研究人員還嘗試了一種選擇性濕蝕刻法，在165℃的乙二醇中使用氫氧化鉀來形成溝槽，通過增加氧化銦錫（ITO）電流擴(kuò)散層來測試結(jié)構(gòu)的電致發(fā)光。金屬接觸點(diǎn)為鉻/鎳。

研究人員估計(jì)，沒有溝槽的設(shè)備排放的光輸出功率是具有類似有源區(qū)域的LED的約5％。通過干蝕刻產(chǎn)生溝槽增加了光輸出，并將藍(lán)移轉(zhuǎn)為較短的波長（圖2）。

圖2（a）使用電子束光刻和常規(guī)結(jié)構(gòu)的p型溝槽結(jié)構(gòu)的光輸出功率
（b）電致發(fā)光（EL） 和（c）正向和（d）反向電流

1μm時(shí)溝槽的光輸出最大。研究人員評論道：“這是因?yàn)閜型溝槽結(jié)構(gòu)也減少了MQW的體積，同時(shí)減少了張力和QCSE。因此，為了將光輸出功率最大化，重要的是優(yōu)化溝槽結(jié)構(gòu)體積與剩余MQW體積之間的比率。”

波長位移在500nm時(shí)最大–從無溝槽的431nm到420nm，有效的帶隙因此從2.76eV增加到2.85eV，這得歸功于張力松弛。p溝道對于給定的電壓增加了正向電流，而且在反向偏壓下增加了泄漏。

溝槽的濕蝕刻也增加了光輸出功率，但并沒有顯著提高。此外，該技術(shù)在松弛張力時(shí)不是十分有效。電流-電壓行為也受濕蝕刻溝槽地影響較小。（編譯：LEDinside James）

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