第28卷第7~8期
2009年8月
中国材料进展 MATERIALS CHINA
GaN基发光二极管研究进展
邢志刚，贾海强，王文新，陈弘（中国科学院物理研究所清洁能源实验室，北京100190）
Vol. 28No. 7 ~8
Aug.2009
摘要：GaN基发光二极管（LED)作为目前固态照明和显示等应用中最核心的器件，在完全发挥材料性能的道路上还存在着一些围难。针对蓝光LED内量子效率低和白光LED应用中缺乏简易制备方法的现状，本研究组做出了有意义的富有创新性的工作：提出的宽牵耦合量子结构的LED使得蓝光LED的内量子效率得到了很大的提高；通过生长一个用于调节量子阱中的
应变和局域化的InGaN插人层，制备出了同一发光层出射白光的单芯片白光LED。关键调：发光二极管；鼠化缘；品体生长
中图分类号：TN312.8
文献标识码：A
文章编号：16743962(2009)070001604
ProgressinResearchofGaN-BasedLight-EmittingDiodes
WANG Wenxin, CHEN Hong
XING Zhigang,JIA Haiqiang,
( Clean Energy Laboratory, Institute of Physics, Chinese Aeademy of Sciences, Beijing 100190, China)
Abstract : Presently GaN-based light-emitting diodes ( LEDs) are the most important devices in application of solid-state lighting and display: however, there are still some difficulties in fully developing their potentials. We have made signifi-cant and creative contributions to altering the reality that the internal quantum efficiency of blue LEDs is fairly low and there are no simple and effeetive methods to fabricate white LEDs,, Blue LED with coupled wide and narrow quantum wells is designed, which is proved to have greatly elevated the intermal quantum efficiency. By inserting an InGaN under lying layer, the strain state and localization effect of the quantum wells is modulated, and consequently a single-chip
white LED, which emits white light in the same active layer, is obtained. Key words : light-emiting diodes; gallium nitride; crystal growth
1前言
氮化镓（GaN）基发光二极管（Light-EmittingDiode， LED)具有长寿命、低功耗、无污染等优点，可以应用在显示、照明等诸多领域。20世纪90年代，GaN材料的外延技术获得了突破性进展，并制备出了绿光、监光、紫外光以及白光LED(1-4)。随着研究的深人和工艺的日趋成熟，LED的性能得到提高，逐渐发挥出材料本身的优良特性。但是，在LED的内量子效率以及白光 LED的制备工艺等方面，都还有待进一步提高。中国科学院物理研究所陈弘研究组在GaN基LED领域不断开拓探索，先后做出过多项有意义的工作，最近又针对上述LED存在的间题，做出了宽窄合量子阱蓝光LED 和单芯片白光LED这两个具有创新性的工作。
蓝光LED发光的外量子效率由内量子效率和萃取效率构成，目前已经实现的提高发光效率的方法多是通收稿日期：20090731
通信作者：陈弘，男，1965年生，博士，研究员
过提高光萃取效率来实现的。而鉴于GaN材料中极化效应的存在，电子和空穴的波函数交叠减小，在空间上分离，复合效率低[5-7)，致使内量子效率成为蓝光LED 发光效率进一步提升的最大障碍。对此本研究组自主创新设计出了一种InGaN/GaN宽窄耦合双量子阱结构的 LED(*)。在这种InGaN/GaN宽窄耦合双量子阱中，载流子俘获效率高的InGaN宽阱，将俘获的大量载流子注人到辐射复合效率高的InGaN窄阱中，使得总的发光效率得到提高。这种载流子通过共振从宽阱中隧穿注入到窄阱中的现象，与传统的由浅的窄阱向深的宽阱中隧穿注人的行为正好相反，故称之为反常隧穿效应。
对于白光LED，目前已有的制作方法主要包括以下两类：通过荧光粉转换以及不通过荧光粉转换的方法。通过荧光粉转换的白光LED，大致有紫外LED激发三色荧光粉和蓝光LED激发黄光荧光粉两种，前者存在转换效率偏低和潜在的紫外光泄漏的问题，后者存在所发白光的显色指数和角度均匀性以及随时间的退化等一些问题，从各个方面限制了其应用。不需要荧光粉转换的白光LED制作方法，主要是通过3种芯片单独发