模板图案尺寸对InGaN基红光发光二极管性能的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Impact of Template Patterning Dimensions on the Performance of InGaN-Based Red Light-Emitting Diodes

研究方形瓦片图案化GaN模板尺寸对InGaN红LED性能的影响，发现300×300 μm模板优化了晶体质量，降低位错密度，缓解量子限制斯塔克效应，使EQE提升57%，波长稳定性提高。

　　

摘要：

目前基于InGaN的红光发光二极管（LED）效率较低，这是限制全彩色、高分辨率微型/微LED显示器发展的主要因素。虽然已经在蓝宝石基底上制备出方形阵列结构的GaN模板，并证明这种结构可以改善基于InGaN的红LED的发光性能，但模板尺寸对发光效果的具体影响仍不明确。本研究通过制备不同尺寸的方形GaN模板来解决这一问题，模板尺寸范围从500 μm到200 μm。系统分析了模板尺寸对GaN模板层松弛状态、位错密度和表面形貌的影响，并详细研究了基于这些GaN模板制造的InGaN红光微型LED的发光特性。实验结果表明，最佳模板尺寸为300 μm，该尺寸不仅促进了底层材料的横向松弛，减轻了量子限制斯塔克效应（QCSE），还提升了晶体质量并降低了位错密度。因此，使用这种模板制造的LED相比在平面GaN基底上生长的传统InGaN红LED，具有更高的发光强度和更好的波长稳定性。使用最佳模板制造的红色微型LED在1 A/cm2的电流下表现出634.0 nm的峰值发射波长，其峰值外部量子效率（EQE）比在无图案模板上生长的LED提高了57%。