24、氮化镓基微型发光二极管的发展与应用

氮化镓基微型发光二极管的发展与应用

1. 引言

在过去十年里，基于氮化镓（GaN）的发光二极管（LED）取得了巨大进展。从20世纪90年代中期早期能发出可见光的坎德拉级LED，到近期能够产生超过80流明/瓦的宽带白光LED，全球的学术界和工业界都投入了大量研究精力来开发和完善这种能革新照明方式的光源。

这些研究工作大致可分为四个主要领域：物理、外延、加工和封装。每个领域都取得了显著进展，共同推动了GaN的成功。物理学家通过广泛的材料表征，加深了对材料物理和光学性质的理解；材料生长人员设计了新方法来解决GaN与常见衬底之间的晶格失配问题，以生产高质量材料；工程师致力于优化器件结构，以实现最大的光提取效率；创新的封装技术则显著提高了散热效率，使LED能够在高电流下工作，并提高了光输出。

然而，本文主要关注GaN LED的加工方面。限制LED效率的一个众所周知的因素是由于全内反射，大量光线被困在器件台面结构中。这种现象在氮化物LED中同样重要，甚至更为突出。一种可能的解决方法是将台面结构分割成多个相互连接的微米级甚至纳米级区域。这种技术在基于其他材料系统（如AlInGaP）的LED中已取得了巨大成功。堪萨斯州立大学的Jin等人首次报道了在GaN LED中进行微结构化的研究，为微发光二极管（micro - LEDs）的研究领域开辟了道路。此后，GaN微尺度器件的种类和复杂度不断增加，如图1所示的发光微显示器有望革新成像和显示市场。

2. 氮化物材料中的光提取

LED的性能主要由两个因素决定，即内部量子效率和外部光提取效率。对于发出可见光的InGaN/GaN LED，已报道的外部量子效率高达20%，不过基于AlGaN的紫外（UV）LED的性能仍落