氮化镓（GaN）同质外延：推动高性能Micro-LED发展

        III族氮化物半导体凭借其宽的直接带隙、高发光效率以及优异的热、机械和化学稳定性，已成为紫外至可见光范围内光电器件的理想材料。其中，氮化镓（GaN）因其卓越的光学和电学性能，受到了学术界和工业界的高度关注，特别是在发光二极管（LED）领域的应用中，GaN展现出了极大的潜力。近年来，GaN的同质外延生长技术因其能够显著提升材料质量而备受研究者青睐。研究表明，同质外延可以实现极窄的光致发光（PL）线宽，并将位错密度降低多达六个数量级。这得益于同质外延衬底与外延层之间的晶体结构、晶格参数和热膨胀系数的高度匹配，从而实现了二维逐层生长，并抑制了位错的产生。可提供用于蓝光和绿光LED制造的GaN-on-GaN同质外延片，具体规格如下：

1. GaN-on-GaN Micro-LED外延规格

2. 蓝宝石基与GaN基LED的性能比较

        相关研究显示，与蓝宝石基LED相比，GaN-on-GaN LED的位错密度显著降低（如图1所示），达到比GaN-on-Sapphire低三个数量级的水平。通过时间分辨光致发光（TRPL）测试，GaN-on-GaN结构中的载流子寿命明显延长，量子限制斯塔克效应（QCSE）显著降低。这表明，同质外延生长显著改善了材料的光学和电学性能。

图1 GaN-on-Sapphire与GaN-on-GaN LED外延片缺陷密度对比

        在电学特性方面，GaN-on-GaN LED展现出以下突出性能：

• 理想因子和串联电阻显著降低；
• 电致发光（EL）光谱表现更佳，FWHM（半峰宽）更窄；
• EQE（外量子效率）衰减显著减少。

        此外，研究通过对不同衬底上蓝光LED的IQE（内量子效率）和EL光谱进行拟合分析发现，蓝宝石基LED的深能级陷阱辅助复合效应更为显著，这与外延层的位错密度密切相关。而在GaN-on-GaN LED中，因位错密度更低，其器件性能大幅提升。

        在显示应用领域，基于GaN-on-GaN的微显示器表现出更高的亮度、更好的显示均匀性和更窄的间距，这对于AR（增强现实）和VR（虚拟现实）显示器至关重要。高质量的同质外延片不仅优化了光电性能，也为高亮度、小间距和高分辨率显示器的设计奠定了基础。

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