新的合成工艺为更高效的激光器 LED 铺平了道路

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种新工艺，该工艺利用现有的行业标准技术来制造 III 族氮化物半导体材料，但产生的层状材料将使 LED 和激光器更高效。

III 族氮化物半导体材料是宽带隙半导体，在光学和光子应用中特别受关注，因为它们可用于制造在可见光带宽范围内产生光的激光器和 LED。当涉及到大规模制造时，使用一种称为金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 的技术生产的 III 族氮化物半导体材料。

半导体器件需要两种材料，“p 型”和“n 型”。电子从 n 型材料移动到 p 型材料。这是通过创建一种具有“空穴”或电子可以进入的空间的 p 型材料来实现的。

制造 LED 和激光器的人面临的一个挑战是，您可以在使用 MOCVD 制造的 p 型 III 族氮化物半导体材料中制造孔的数量是有限的。但这个限制刚刚上升。

“我们开发了一种工艺，可以在使用 MOCVD 制造的任何 III 族氮化物半导体中在 p 型材料中产生最高浓度的空穴，”该工作论文的合著者、电气和计算机学杰出教授 Salah Bedair 说。在北卡罗来纳州的工程。“而且这是高质量的材料 - 很少有缺陷 - 使其适用于各种设备。”

实际上，这意味着 LED 中更多的能量输入被转化为光。对于激光器来说，这意味着通过降低金属接触电阻，更少的能量输入将被浪费为热量。

LED 包含三个主要层：电子起源的 n 型层;所谓的“有源区”，由多个氮化铟镓和氮化镓量子阱组成;和 p 型层，空穴起源于此。

为了生产用于 LED 或激光二极管的半导体材料，研究人员使用一种称为“半块生长”的生长技术来生产氮化铟镓模板。模板由几十层氮化铟镓和氮化镓组成。研究人员将这些模板用于 n 型区域，以减少随着量子阱生长而出现的并发症。将氮化镓层插入半块体中的铟镓氮化物层之间减少了由于半块体模板和氮化镓衬底之间的晶格失配引起的缺陷，以及填充形成在表面上的凹坑。

在他们的新工作中，研究人员证明了半体生长方法可用于 LED 中的 p 型层，以增加孔的数量。从制造的角度来看，这种新方法具有成本效益，因为基于 III 族氮化物的 LED 器件可以通过 MOCVD 在一次生长中完成，中间没有很长的处理时间。

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