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香港科技大學(HKUST)近日研發出一種高性能的硅襯底綠黃氮半導體LED，此項新研究成果發布在IEEE Electronic Device Letters上（5月29日）。研究人員稱其565nm黃色LED是第一款硅襯底多量子阱(MQW)設備。
從理論上講，使用硅作為襯底可降低材料成本和實現大晶圓直徑產品批量生產的規模經濟效益，但是與傳統、更昂貴的獨立GaN、藍寶石或碳化硅(SiC)襯底相比，硅襯底氮半導體會導致更大的晶格失配。研究人員表示，生產更大波長的氮半導體LED極具挑戰性，因為難以生產出質量佳、銦濃度更高的氮化銦鎵(InGaN)產品。雖然半導體晶體管領域中的硅襯底工藝已十分成熟，但類似的生長方式最近才被應用于LED設備材料。
在2英寸硅片上，研究人員使用金屬有機氣相沉積(MOCVD)技術來生成最初的模板，該模板由氮化鋁(AlN)成核、8對氮化鋁/氮化鎵(AlN/GaN)層組成，以創造出一個超晶格(SL)（用作應力平衡夾層）和一個2μmGaN緩沖層。研究人員首先對SiO2層和銦錫氧化物(ITO)層進行沉淀，再利用氯化氫(HCL)酸溶液對ITO進行蝕刻，最后使用等離子蝕刻法來形成二氧化硅(SiO2)納米棒。納米棒的密度為2x109/cm2，表面覆蓋度為35%；其作為GaN再生長的遮罩，可降低位錯密度并提高晶體質量。
隨后，通過MOCVD技術生成LED結構，在納米棒、AlN/GaNSL夾層、2μmN型GaN、5周期多量子阱(MQW)以及200nm的p-GaN周圍再生成800nmGaN。再生成的GaN位錯密度為8x108/cm2，被稱為“最低的硅襯底GaN位錯密度之一”。
研究人員隨后準備適用于發射黃色(565nm)和綠色(505和530nm)光的材料，以制作300μmx300μmLED芯片。如預期一樣，隨著波長增加，光輸出功率(LOP)逐漸下降。在20mA條件下，505nm波長的輸出功率為1.18mW，530nm和565nm波長的輸出功率分別為0.30mW和74μW。對于505nm、530nm和565nm設備，光輸出功率分別在7.60mW(200mA)、2.72mW(180mA)和0.52mW(160mA)條件下達到飽和狀態。
據稱，這是人們首次在硅襯底上成功制造出565nm黃色InGaN/GaNMQWLED，且505nmLED的LOP遠遠高于以往的硅LED設備。除了提高材料質量外，該機構研究人員相信納米棒也可以增強光提取散射效應。
