基於氮化銦鎵技術和現有的製造設施，應變工程可以為微顯示器提供一種可行的方法。
基於銦鎵氮化物（InGaN）多量子阱的應變工程，美國密歇根大學已經開發出單片整合的琥珀-綠-藍色LED（圖1）。該應變工程是通過蝕刻不同直徑的奈米柱來實現。
▲圖1.各種直徑的奈米柱LED陣列自上向下製造示意圖
研究人員希望未來能用635nm光致發光的量子阱生產出紅-綠-藍LED，為基於這種像素LED的微顯示器提供可行的方法。其他潛在應用包括照明、生物感測器和光遺傳學。
除了美國國家科學基金會（NSF）的支持外，三星還為製造和設備設計提供了支持。研究人員希望開發出基於現有製造基礎設施的晶片級多色LED平台。
磊晶材料通過金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）在2英吋無圖案藍寶石上生長。發光有源區域由5個2.5nm InGaN阱組成，由12nm GaN柵極隔開。電子阻擋層和p-接觸層分別由20nm的氮化鋁鎵（p-Al0.2Ga0.8N）和150nm的p-GaN組成。
使用電子束光刻使奈米柱成型，用鎳掩模進行混合乾濕法蝕刻處理。大部分蝕刻是乾的電感耦合等離子體，濕法蝕刻階段用於實現最終直徑，並且去除乾法蝕刻步驟中的損害。蝕刻深度約為300nm。在整個製造過程中，保護蝕刻掩模，目的是為了保護p-GaN表面。
在對50nm氮化矽進行等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）之後，用旋塗式玻璃對結構進行平整，以電隔離n和p-GaN部分。
將平整後的結構進行乾式回蝕，以暴露柱的尖端。用硝酸溶液除去鎳掩模材料。p接觸的鎳／金金屬化在空氣中進行熱退火。
設備的電氣性能在5V反向偏壓下顯示出每像素約3x10-7A的低洩漏。低洩漏歸因於兩個因素 - 扁平量子阱提供了低電流擁擠效應，以及由應變引發的載流子到奈米柱中心的限制。在較窄的奈米柱中由於更大的電流密度造成的下降效應的風險，可通過減小應變進行改善，因此降低了由於III-氮化物中化學鍵的電荷極化引起的電場而出現的量子限制「史塔克效應」。
像素由具有不同直徑、發出不同顏色的柱構成（圖2）。隨著直徑的增加，波長變長，變化更大。研究人員將變化歸因於晶圓上量子阱厚度的變化。
▲圖2.（a）從50nm、100nm和800nm直徑的奈米柱和薄膜LED像素獲得的藍色（487nm）、綠色（512nm）、橙色（575nm）和琥珀色（600nm）光的室溫電致發光光譜。（b）採用一維應力鬆弛理論得出的光波長。（c）各種施加偏置電壓下的主峰位置。
隨著電壓和電流注入的增加，越來越寬鬆的窄奈米管也顯示較少的波長藍移。800nm直徑奈米柱像素的藍移在2.8V和4V之間為40nm。這歸功於研究團隊篩選阱中依賴於應變的壓電場。
該團隊通過脈衝頻率調製固定偏置電壓及改變強度，因此來穩定像素的輸出波長。通過這個試驗表明，所有像素類型給出了穩定的波長和相對電致發光強度，其與脈衝信號的占空比呈現幾乎線性地變化。脈衝寬度為400μs。 脈衝頻率在200Hz和2000Hz之間變化。
（編譯：LEDinside James）
