衬底工程对氮化物LED的影响研究

近日，“2023功率与光电半导体器件设计及集成应用论坛”于西安召开。论坛由第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）指导，西安交通大学、极智半导体产业网（www.casmita.com）、第三代半导体产业主办，西安电子科技大学、中国科学院半导体研究所、第三代半导体产业技术创新战略联盟人才发展委员会、全国半导体应用产教融合（东莞）职业教育集团联合组织、西安和其光电股份有限公司等单位协办。

期间，“平行论坛2：光电子器件及应用”上，西安电子科技大学微电子学院教授许晟瑞带来了“衬底工程对氮化物LED的影响研究”的主题报告，分享了最新研究成果。第三代半导体又称宽禁带半导体， 禁带宽度在 2.2 eV 以上，具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点。第三代半导体材料的兴起，则是以氮化镓（GaN）材料 p 型掺杂的突破为起点，成功研制了高亮度蓝光发光二极管和蓝光激光器。

GaN是新一代光电器件、高频、高功率器件的理想材料。目前在快速充电以及5G基站中已经被广泛应用。即便已经具有目前最高的发光效率，氮化物短波长和长波长LED的发光效率依然很低！主要原因之一是缺陷。和无位错单晶的硅和砷化镓相比，氮化镓材料体系深受位错的困扰。氮化物的发展历程是一部和缺陷斗争的历史过程。最终实现了和缺陷的“共存”。

图形衬底技术以及空气腔技术可以极大的改变光路，提高光提取效率。但是电子器件并没有光提取的需求。同时图形衬底制备增加了衬底成本和周期。

外延过程中需要外延层的厚度很大，至少需要高于图形高度并修复平整。适用范围有限，对于横向外延速度较慢的AlN等材料，需要非常厚的外延层才能合并。迫切需要一种光电和电子器件通用的、工艺简单的能提高GaN晶体质量的方法。

研究采用离子注入诱导GaN成核的方式，使GaN的晶体质量显著提升，进而提升了LED的性能。

审核编辑：刘清