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MOCVD生长InGaN_GaNMQW紫光LED

第 24 卷   1 期 第
2003 年 2 月

发  光  学  报
CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE

研究快报

MOCVD 生长 In G N/ G N M QW 紫光 L ED a a
李忠辉 , 杨志坚 , 于彤军 , 胡晓东 , 杨   , 华 陆   , 任   , 金春来 , 章   , 张国义 曙 谦 蓓
( 北京大学 物理学院 , 介观物理国家重点实验室 ; 宽禁带半导体研究中心 , 北京   100871)

1      引 言

  InGaN 是多量子阱蓝 、 、 绿 紫及紫外光 LED 理 想的有源层材料 ,可以通过调节 In 组分来改变发 光波长 ,其中蓝 、 绿光 LED 的制作技术较为成熟 , 而紫及紫外光 LED 的 In 含量比较低 ,由于对位错

密度敏感 , 不易实现高功率输出 。InGaN 基紫及 紫外光 LED 在生产和生活的各个领域有着广泛 的应用 [1~3 ] , 典型的如氮化物白光 LED 照明灯 , 早期的白光 LED 采用蓝光 LED 激发黄光荧光粉 , 而最近的研究表明 ,采用紫及紫外光 LED 激发红 绿蓝荧光粉 ,可以使白光色度更均匀 ,并且具有更 高的转换效率 。国外采用 ELO ( 横向外延) 技术和 LEPS ( 图形衬底) 技术 , 已成功研制出紫及紫外光 LED[4 ] 。目前国内尚未见到有关 InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 研究的报道 ,我们利用 LP2MOCVD 系统 α 在蓝宝石 ( 2Al2O3 ) 衬底的 ( 0001 ) 面上生长了 In2 GaN/ GaN MQW 紫光 LED 结构 , 光致发光测试表 明 , 该 结 构 的 峰 值 波 长 为 39915nm , FWHM 为 μ 350 m 1515nm ,制成 350 m × μ 的 LED 管芯后 ,正向 注入电流为 20mA 时 ,正向工作电压在 4V 以下 。

2  外延生长

α 利用 LP2MOCVD 系统在蓝宝石 ( 2Al2O3 ) 衬底 的 ( 0001) 面上外延生长 InGaN/ GaN MQW LED 结

   收稿日期 : 2002210215 ; 修订日期 : 2002211215    基金项目 : 国家自然科学基金 (60276010) 和国家 863 计划 (2001AA313060 , 2001AA313110 , 2001AA313140) 资助项目    作者简介 : 李忠辉 (1972 - ) , 男 , 吉林人 , 博士后 , 主要从事半导体材料生长与器件性能的研究 。     E2mail : zhonghuili @163. net

峰 ,室温光致发光谱的峰值波长为 39915nm ,FWHM 为 1515nm ,波长均匀性良好 。制成的 LED 管芯 ,正向电流 20mA 时 ,工作电压在 4V 以下 。 关     : InGaN ; 量子阱 ; 紫光 LED ; MOCVD 键 词 中图分类号 : O472131     文献标识码 : A     文章编号 : 100027032 (2003) 0120107203 图 1  InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 结构

摘要 : 利用 LP2MOCVD 系统生长了 InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 外延片 ,双晶 X 射线衍射测试获得了 2 级卫星

构 。分别以蓝氨和高纯三甲基铟 ( TMIn) 、 三甲基 镓 ( TMGa) 为 N ,In , Ga 源 ,SiH4 和 Cp 2Mg 分别作为
n ,p 型掺杂剂 。生长过程如下 : 高温处理衬底 , 氮

3  特性测试

μ 度 013 m) 。InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 结构如图 1 所示 。 图 2 所示为 InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 结构 的 ( 0002) X 射线双晶衍射谱 。图 2 中出现了 2 级 卫星峰 ,表明多量子阱结构的晶体质量较好 。
Fig. 1   Structure of InGaN/ GaN MQW violet2LED.

化 ,降温生长 25nm 的 GaN 缓冲层 , 升温使缓冲层 μ 重新结晶 ,Si 掺杂的 n2GaN 单晶层 ( 厚度 3 m) ,5 个周期的 InGaN/ GaN MQW ( 阱层 InGaN 厚度 2nm , 垒层 GaN 厚度 6nm) ,Mg 掺杂的 p2GaN 单晶层 ( 厚

Vol124

No. 1

Feb. , 2003  

  108

             发 光 学 报

第 24 卷

   3 中的软件模拟曲线与图 2 的测试曲线能 图 够很好地吻合 , 模拟结果为 : 阱层 InGaN 厚度为 2123nm , In 组 分 约 为 0105 , 垒 层 GaN 厚 度 为 μ 5134nm ,p2GaN 单晶层的厚度为 0125 m 。
图 2  InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 外延片的 ( 0002) X 射线 双晶衍射谱

GaN MQW 紫光 LED 外延片的峰值发光波长大约

   4 所示为 InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 外延 图 片的 室 温 光 致 发 光 谱 。由 图 4 可 知 , InGaN/       

参      : 考 文 献

Fig. 2   Double crystal XRD of InGaN/ GaN MQW violet2LED.

4      结 论

MQW 紫光 LED 外延片 ,X 射线双晶衍射测试获得

图 3  InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 外延片的 (0002) X 射线 双晶衍射模拟结果
MQW violet2LED.

Fig. 3  Fitting results of double crystal XRD of InGaN/ GaN

[ 1 ] Mukai T , Yamada M , Nakamura S , et al . Characteristics of InGaN2based UV/ blue/ green/ amber/ red light2emitting diodes. [ 2 ] Chen Zhizhong , Qin Zhixin , Yang Zhijian , et al . Photoluminescence and absorption in InGaN films with InN segregation [J ] .
Chin. J . Lumin. , 2001 , 22 ( Supp. ) :38242 (in English) .

[ 3 ] Mukai T , Nagahama S , Iwasa N , et al . InGaN2based light2emitting diode and laser diode [J ] . Chin. J . Lumin. , 2001 , 22 [ 4 ] Mukai T , Yamada M , Nakamura S , et al . Current and temperature dependences of electroluminescence of InGaN2based UV/ blue/ green/ amber/ red light2emitting diodes [J ] . Jpn. J . Appl . Phys . , 1998 , 37 :135821361. ( Supp. ) :48252 (in English) .

Jpn. J . Appl . Phys. , 1999 , 38 :397623981.

39915nm ,FWHM 为 1515nm , 波长均匀性良好 。软

件 模 拟 所 获 得 结 果 为 : 阱 层 InGaN 厚 度 为 2123nm , In 组 分 约 为 0105 , 垒 层 GaN 厚 度 为
20mA 时 ,工作电压在 4V 以下 。

5134nm 。制成标准 LED 管芯后 , 正向注入电流为

为 39915nm ,FWHM 为 1515nm ,外延片波长均匀性 良好 。
图 4  InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 外延片的光致发光谱
Fig. 4   spectra of InGaN/ GaN MQW violet2LED. PL

   对于 InGaN/ GaN MQW 紫光 LED 外延片进行 初步的电学测量 。用两个探针直接接触外延片 , 能观察到紫光发射 , 正向偏压为 20V 时 , 正向注 μ 入电流为 1mA 。该外延片制成 350 m × μ 的 350 m 标准 LED 管芯后 ,正向注入电流为 20mA 时 ,正向 工作电压在 4V 以下 。器件的工艺及性能研究正 在进行中 。

了 2 级卫星峰, 光致发光谱的峰值波长为

致谢  感谢中科院半导体所王玉田研究员在 X 射线测试方面给予的大力帮助 。

利 用 LP2MOCVD 系 统 生 长 了 InGaN/ GaN

第1期

李忠辉 , 等 : MOCVD 生长 InGaN/ GaN MQW 紫光 LED    

109 

LEDs and UV2LEDs) . The white LEDs have come to be expected for use in lighting , which consists of a blue LEDs and yellow phosphor or an violet (or UV) LED and red2green2blue phosphors , but conversion efficiency and chro2 maticity of white LED with violet (or UV) LED were better than that with blue LEDs. diative recombination center in In x Ga1 - xN active layers. It is known for violet (or UV) LEDs that the addition of a small amount of In to GaN active layer results in the improvement of emission wavelength and efficiency. Recently , the epitaxial lateral overgrowth ( ELOG) is effective in reducing the dislocation density , so it can be used to fabricate high2power violet (or UV) LED. Key words : InGaN ; quantum well ; violet LED ; MOCVD
   Received 15 October 2002

LEDs have been successfully fabricated with forward voltage about 4V at 20mA injection current .

peaks. The emitting peak of PL spectra is at 39915nm with FWHM of about 1515nm. InGaN/ GaN MQW violet2

Abstract : Recently , solid state white lighting , optical data storage and biochemical identification applications have led to a tremendous surge in research aimed at developing high power violet and ultraviolet light emitting diodes (V2 Violet2LEDs with InGaN/ GaN multi2quantum2wells (MQW) structure were grown by low2pressure metalorganic vapor phase epitaxy (LP2MOVPE) . The double crystal X2ray diffraction revealed distinct second order satellite realized due to the high dislocation density. One possible reason for this is considered as the suppression of non2ra2 Although high2brightness blue LEDs have been realized , high2power violet (or UV) LEDs have not yet been

In G N/ G N M QW Violet2L ED Gro wn by LP2MOCVD a a
LI Zhong2hui , Y ANG Zhi2jian , Y T 2jun , HU Xiao2dong , Y U ong ANG Hua ,
Research Center for Wide Band2gap Semiconductor , Peking University , Beijing   100871 , China)

LU Shu , REN Qian , J IN Chun2lai , ZHANG Bei , ZHANG Guo2yi
( State Key Laboratory for Mesoscopic Physics , School of Physics , Peking University ;


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