新的合成工藝為更高效的激光器 LED 鋪平了道路

北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種新工藝，該工藝?yán)矛F(xiàn)有的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來制造 III 族氮化物半導(dǎo)體材料，但產(chǎn)生的層狀材料將使 LED 和激光器更高效。

III 族氮化物半導(dǎo)體材料是寬帶隙半導(dǎo)體，在光學(xué)和光子應(yīng)用中特別受關(guān)注，因?yàn)樗鼈兛捎糜谥圃煸诳梢姽鈳挿秶鷥?nèi)產(chǎn)生光的激光器和 LED。當(dāng)涉及到大規(guī)模制造時(shí)，使用一種稱為金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD) 的技術(shù)生產(chǎn)的 III 族氮化物半導(dǎo)體材料。

半導(dǎo)體器件需要兩種材料，“p 型”和“n 型”。電子從 n 型材料移動(dòng)到 p 型材料。這是通過創(chuàng)建一種具有“空穴”或電子可以進(jìn)入的空間的 p 型材料來實(shí)現(xiàn)的。

制造 LED 和激光器的人面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，您可以在使用 MOCVD 制造的 p 型 III 族氮化物半導(dǎo)體材料中制造孔的數(shù)量是有限的。但這個(gè)限制剛剛上升。

“我們開發(fā)了一種工藝，可以在使用 MOCVD 制造的任何 III 族氮化物半導(dǎo)體中在 p 型材料中產(chǎn)生最高濃度的空穴，”該工作論文的合著者、電氣和計(jì)算機(jī)學(xué)杰出教授 Salah Bedair 說。在北卡羅來納州的工程。“而且這是高質(zhì)量的材料 - 很少有缺陷 - 使其適用于各種設(shè)備。”

實(shí)際上，這意味著 LED 中更多的能量輸入被轉(zhuǎn)化為光。對(duì)于激光器來說，這意味著通過降低金屬接觸電阻，更少的能量輸入將被浪費(fèi)為熱量。

LED 包含三個(gè)主要層：電子起源的 n 型層;所謂的“有源區(qū)”，由多個(gè)氮化銦鎵和氮化鎵量子阱組成;和 p 型層，空穴起源于此。

為了生產(chǎn)用于 LED 或激光二極管的半導(dǎo)體材料，研究人員使用一種稱為“半塊生長(zhǎng)”的生長(zhǎng)技術(shù)來生產(chǎn)氮化銦鎵模板。模板由幾十層氮化銦鎵和氮化鎵組成。研究人員將這些模板用于 n 型區(qū)域，以減少隨著量子阱生長(zhǎng)而出現(xiàn)的并發(fā)癥。將氮化鎵層插入半塊體中的銦鎵氮化物層之間減少了由于半塊體模板和氮化鎵襯底之間的晶格失配引起的缺陷，以及填充形成在表面上的凹坑。

在他們的新工作中，研究人員證明了半體生長(zhǎng)方法可用于 LED 中的 p 型層，以增加孔的數(shù)量。從制造的角度來看，這種新方法具有成本效益，因?yàn)榛?III 族氮化物的 LED 器件可以通過 MOCVD 在一次生長(zhǎng)中完成，中間沒有很長(zhǎng)的處理時(shí)間。

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