半导体黄光LED技术的突破

经过五十多年的发展，可见光LED已达到全彩，为人类提供了丰富多彩的视觉盛宴和节能的光源。但是，长期以来，彩色LED的光效率（光功率效率）的发展非常不平衡。黄色LED的光效果远低于其他颜色，因此必须通过磷光体的波长转换来获得高效的黄色光。这种“电光”转换技术解决方案是当前LED照明的主流技术。但是，在光和光的转换过程中，磷光体具有先天不足，例如热损失大，热光衰减大，响应慢，

因此，解决“黄光间隙”问题已经成为该领域中有吸引力的目标。可以使用什么样的基板，什么样的材料，什么样的器件结构，什么样的芯片结构以及什么样的设备来制造高效黄色LED？国内外都没有答案。

在两种黄光材料系统中，从红光变为黄光变短，带隙从直接变为间接，效率急剧下降。这是一个物理瓶颈；而氮化铟镓是最大的直接带隙。困难在于生长高质量，高铟组分的氮化铟镓量子阱材料，这是技术瓶颈。黄色LED量子阱的铟组成为约30％，这明显高于蓝色量子阱的约15％的铟组成。高铟组分氮化铟镓的生长有许多困难：生长温度低会导致氨裂化，氮空位减少，原子迁移和表面粗糙，界面界面模糊，

最近，南昌大学江丰义研究组在《光子学研究》上发表了一篇文章：高效的基于InGaN的黄光发光二极管，展示了黄带区LED材料设计和制造技术的突破。他们基于原始的基于GaN / Si的蓝色LED材料，器件结构和芯片结构，设计了新材料，新设备和新工艺。他们将三个主要的不匹配（较大的热膨胀系数不匹配，较大的带隙宽度不匹配和较大的晶格常数不匹配）变成了三个主要优点。

研究团队发明了一种网格材料生长方法和技术，可以在基板上制造规则的网格以替代不规则的裂纹，消除GaN / Si应力累积效应并解决材料开裂问题。不能制造发光芯片的问题也是有利的，因为GaN经受拉伸应力并且具有高性能，高铟组分的氮化铟镓材料。

通过调节电流方向，发光位置和发光路径，研究人员发明了一种光接收效率高的硅基LED芯片结构，不仅解决了基板吸光和电极挡光的问题，而且还具有单面光输出和高光束质量的优点。新型综合过渡层的开发，不仅解决了位错密度过大的问题，而且合理地利用位错形成了具有大V坑的器件结构，改善了空穴传输路径，提高了LED效率。

在将三大失配转变为三大优势的基础上，他们调节了反应气体的输送路径和沉积机理，发明了致密的同轴套管结构反应室，并开发了一种更有利于铟掺入的高铟组分。氮化铟镓材料生长装置提高了材料的生长温度，降低了记忆效应，并使量子阱和势垒界面陡峭。在20A / cm2和3A / cm2电流密度的驱动下，565 nm硅基黄色LED灯的效率提高到24.3％和33.7％，分别对应于149 lm / W和192 lm / W。有效地减轻了黄光间隙，解决了世界上LED不足和发光效率高的问题。

材料结构是硅衬底氮化铟镓多量子阱结构，具有带有三维PN结的大V坑，芯片是单面发光的薄膜型结构。图2显示了一种新型LED路灯，其结合了高效的基于硅的InGaN黄色LED和硅衬底AlGaInP红色LED。它的色温为2190K，显示屏为66，143 lm / W，无荧光粉。

该路灯不仅具有传统高压纳米光暖色的优点，而且具有荧光LED路灯的节能优点；它不仅节省了稀土资源，加快了光响应速度，而且避免了富含荧光蓝的LED路灯的光健康风险。它减少了光污染，并营造了温暖健康的道路照明氛围。

高效黄光LED制造技术的突破对于微调高质量LED照明和高速可见光通信的发展具有重要意义。