如何提高LED外延结构的内量子效率

中心议题：
    * 如何提高LED外延结构的内量子效率
解决方案：
    * IQE应该由外延材料的设计决定

LED外延结构的的内量子效率（IQE）对其亮度有着决定性的影响，而很多人的误解是IQE由MOCVD工艺决定，其实IQE应该是由外延材料的设计决定。而国内缺少的恰恰是外延结构的设计人才，只会用设备的人不一定能够长出高质量的材料。下面就简单介绍一下一些材料参数和结构对IQE的影响：

1、双异质结结构：两侧的CL（CladdingLayer）的禁带宽度要大于AL（Active Layer），AL采用量子阱结构可以更好的限制载流子，从而提升IQE。另外一方面，采用量子阱AL，Barriers阻碍载流子在相邻阱的移动，所以采用多量子阱结构，Barrier需要足够透明（低和薄）以防止载流子在每个阱内的不均匀分配。AL厚度也对IQE有很大影响，不能太厚，也不能太薄，每种材料有其最佳范围。

2、AL参杂：AL绝对不可以重参杂，要么轻参杂，低过CL的参杂浓度，每种材料有其最佳范围，AL经常也不参杂。AL使用p型参杂多过使用n型参杂，p型参杂可以确保载流子在AL内的均匀分布。AL参杂有好处也有坏处，参杂浓度增加，辐射载流子的寿命缩短，同时导致辐射效率增加。但是，高浓度参杂也引入缺陷。有趣的是MOCVD生长在有些时候还依赖于参杂，杂质可以作为表面活化剂，增加表面扩散系数，从而改善晶体质量。例如，InGaN使用Si参杂就可以改善晶体质量。

3、CL参杂：CL的电阻率是决定CL浓度的重要参数，浓度一定要低到不足以在CL中产生热效应，但是CL参杂又必须高过AL用来定义PN结的位置。每种材料有其最佳范围。但是p型浓度典型要高过n型。CL中p型杂质浓度过低将使电子从AL中逸出，从而降低IQE。

4、晶格匹配：阴极荧光显示发亮的LED，其交叉的位错线是呈现黑色的，可以推断晶格不匹配增加，IQE下降。虽然GaAs和InP中晶格匹配和IQE显示很强的关系，但是GaN中这种关系却不明显，这主要是GaN中位错的电学活性很低，另外，载流子在GaN的扩散长度很短，如果位错间的平均距离大于扩散长度，特别是空穴的扩散长度，那么位错上的非辐射复合就不严重。另外一种解释是，InGaN之所以具有高效率是因为化合物的成分波动限制了载流子扩散到位错线。

5、PN结移位：一般上CL是p型，下CL 是n型。PN结移位会影响IQE，特别是Zn、Be等小原子，可以轻易扩散过AL，到下CL。同时，Zn、Be的扩散系数很明显有浓度依赖性，当浓度超过极限，扩散速度大大提高，所以必须十分小心。

6、非辐射复合：表面必须离开AL几个扩散长度的距离，这就是MESA型LED曝露AL，其IQE远远低于Planar的RCLED的原因。需要指出的是曝露的表面如果只有一种载流子，则不影响IQE。

由此可见，MOCVD象艺术多过象技术，很多参数都是一种动态平衡中选取最佳范围，而且这还是看单一影响，如果复合效果则更加复杂，有时只有经验，而没有理论和公式，甚至变换设备也没有可行的依据，所以我们在MOCVD人才引进上要看其工艺技术的功底、以及其所处环境的技术氛围和底蕴，还要根据实践去摸索。