宫丽艳，唐 斌，胡红坡，赵晓宇，周圣军

(武汉大学 动力与机械学院，湖北 武汉 430072)

1 引 言

Ⅲ族氮化物材料带隙覆盖了近紫外到近红外的宽光谱范围，在固态照明领域具有广泛的应用前景[1-5]。目前，InGaN基发光二极管(Light-emitting diodes,LEDs)在蓝光波段的外量子效率(External quantum efficiency,EQE)已经超过80%[6]。蓝光LED激发荧光粉的白光LED的发光效率已经超过200 lm/W，但无法同时提高显色指数和发光效率[7]。多基色混合的白光LED能够同时获得高发光效率和高显色指数。InGaN基蓝光LED具有很高的效率，但是InGaN基长波段LED(绿光至红光)的外量子效率很低[8]。虽然AlGaInP基LED在红光波段具有很高的外量子效率，但是随着波长的减小，AlGaInP材料的电子跃迁方式由直接带隙跃迁转为间接带隙跃迁，AlGaInP基LED在绿光至黄光波段的外量子效率也存在显著降低的现象[9]。因此，InGaN基LED和AlGaInP基LED在绿光至黄光波段的效率均较低，这被称为“绿光鸿沟(Green gap)”现象[10-11]。

制约InGaN基黄光LED内量子效率(Internal quantum efficiency,IQE)进一步提升的因素主要有：(1)异质衬底与GaN之间的晶格常数和热膨胀系数差异较大，致使外延层中产生大量位错和残余应力，进一步降低了辐射复合效率；(2)InGaN和GaN之间存在晶格失配，导致晶体质量下降[12]；(3)高In组分的InGaN量子阱层需要低温生长，导致量子阱中存在较高的位错密度和点缺陷密度[10]；(4)InGaN/GaN多量子阱内的压电极化和自发极化引起的量子限制斯塔克效应(Quantum-confined Stark effect,QCSE)导致电子和空穴的波函数重叠积分减少，从而降低了辐射复合效率[13-18]。在蓝宝石衬底与GaN外延层之间生长低温GaN成核层、低温AlN成核层和溅射AlN成核层等可以缓解衬底与GaN之间的晶格失配和热失配[19-20]，降低外延层残余应力和位错密度，有效提高LED的内量子效率[21-23]。……