III族氮化物半導體可用于固態照明、電源和射頻設備的節能。Micro-LED顯示器滿足各種場景，性能優于OLED和LCD。與AlInGaP材料相比，InGaN更有利于紅色Micro-LED。基于C平面InGaN的紅色LED在幾種技術中仍然占主導地位。InGaN量子阱晶體質量差導致效率降低。

近日，第九屆國際第三代半導體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA）于廈門召開。期間，“Mini/Micro-LED及其他新型顯示技術”分會上，南京大學助理教授莊喆做了“基于外延層殘余應變調控的InGaN基紅光LED器件”的主題報告，分享了最 新研究成果。涉及InGaN紅色LED外延生長面臨的挑戰，InGaN基紅色LED的外延生長策略、InGaN紅色量子阱生長壓力的優化，應變調制，使GaN模板更厚、在β-Ga2O3襯底上選擇GaN、InGaN原位分解層（DL），PSS上厚GaN模板上的InGaN紅色LED，具有InGaN原位DL的InGaN紅色LED，屏障中不同Al含量的性能比較，不同芯片尺寸的InGaN紅色微型LED，PSS上高效的紅色InGaN微發光二極管，InGaN紅色LED的溫度穩定性等。

InGaN基發光二極管（LED）是藍綠光波段的高效光源，并在過去幾十年成功商業化。將其光譜范圍擴展到紅色區域會導致InGaN基LED效率顯著降低。這種降低主要歸因于高In含量的InGaN量子阱（QWs）的晶體質量差，這是由于晶格失配和低生長溫度所致。

其研究通過優化外延結構和生長條件來展示了紅色LEDs 及微型LEDs的改進性能。InGaN基紅色LEDs是通過金屬有機氣相外延法在傳統的c面圖案化藍寶石襯底上生長的。研究使用了升高生長壓強從200到550Torr的方法將InGaN量子阱的發射波長擴展至黃紅光區域。這種方法獲得的4英寸外延片發光波長具有很好的均勻性，標準偏差為3.3 nm。提出了一種原位InGaN分解層（DL）和多個GaN保護層的模板結構，使用這種結構可以使GaN模板的殘余應變得到緩解，從而使峰值波長平均紅移了15 nm。盡管插入分解層會使表面形貌略有惡化，但4英寸外延片上的發光波長仍然保持均勻，標準偏差為3.4 nm，同時，外量子效率（EQE）和插座效率（WPE）分別約為8.2％和7.2％。

研究還優化了勢壘中的Al組分以進行應變補償。這是一種在實現具有高插座效率的InGaN紅色微型LEDs方面的權衡方法。較高的Al組分可以有助于提高銦并入，但會阻礙載流子注入而導致工作電壓升高。結果發現，微量的5％Al摻雜是實現1A/cm2下低電壓2.15V的最 佳方法，同時，直徑為10μm的微型LEDs的插座效率在1A/cm2下約為4％。此外，研究還使用光致發光和壽命分布情況來檢查微型LEDs中的側壁效應。這些紅色InGaN微型LEDs的結果表明了InGaN材料在未來全彩顯示應用中的巨大潛力。

莊喆博士是南京大學蘇州校區集成電路學院助理教授。在2011年和2016年，他在南京大學先后獲得了物理學學士學位和電子科學與技術博士學位。他于2015年以訪問學者身份在謝菲爾德大學工作，于2019-2021年在阿卜杜拉國王科技大學從事博士后研究工作。他的主要研究興趣是寬禁帶半導體材料及其光電子器件，特別是MOVPE生長、微納加工、Micro-LED器件制備與集成。他已經在相關領域發表50多篇SCI論文和申請/授權6項美國/PCT/中國專利，一些發表研究成果被選為高亮論文或編輯摘選論文。關于Micro-LED材料與器件的相關研究成果被《Semiconductor Today》和《Compound Semiconductor》等國際科技媒體報道超30次。