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圖3.TEM圖中的淡線和深色區(qū)域展示出，SiN層有助于降低InGaN/GaN LED中的位錯密度。圖中純螺旋式/混合型的位錯清晰可見。
用TEM的平面圖來評估外延片中的位錯密度。匯同其它的原子力顯微鏡圖像(在860°C時將表面暴露在硅烷助熔劑下面，可突出凹坑)，最終測得硅上GaN材料的位錯密度值低于109cm-2。
在曼切斯特大學(xué)，研究人員使用光致光測量法PL(受溫度的影響)來評估材料的IQE值，在室溫下約為50%。使用這種方法的前提是，假定非輻射復(fù)合接近零基本予以忽略。生長在藍寶石上的類似結(jié)構(gòu)，它的位錯密度是108cm-2，典型的IQE值是70%;這表明在硅平臺上制備高性能LED的時候，硅上氮化物的位錯密度不可能成為一個主要的問題。我們在QinetiQ繼續(xù)制備LED.通過刻蝕一個n型GaN層的臺面。接著，往上面沉積一層Ti/Al/Pt/Au合金以產(chǎn)生n型接觸;p型接觸是一個退火后的半透明NiAu和一個更厚的金接觸焊盤。
我們最好的0.5×0.5mm LED，它所呈現(xiàn)的I-V特性與藍寶石上GaN器件極其相似，開通電壓約是2.5V(圖4)，使用相同的光學(xué)方法測量兩種器件的頂部光輸出，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藍寶石基LED產(chǎn)生的光輸出是硅器件的兩倍。考慮到硅襯底的光吸收較大，對LED正向的總發(fā)光量進行測量，據(jù)計算硅上LED的IQE是37%。
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圖4. 硅上GaN LED產(chǎn)生了與常用器件非常相似的I-V曲線(a);但這種類型器件的光輸出不到一半左右(b)
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圖5 硅、藍寶石和SiC之比較
硅上LED仍處于早期階段，但初始結(jié)果令我們非常振奮。移除硅襯底可防止光吸收，但它將不再對制造商構(gòu)成威脅，原因是高亮度LED生產(chǎn)通常會采取倒裝焊接和襯底移除。通過使用先進的封裝及合適的熒光粉，我們現(xiàn)有的器件的發(fā)光效率可達70lm/W，這與基于藍寶石的LED形成了對照。由于硅的成本低，這意味著，在硅上生長的GaN LED將接近美國能源署關(guān)于2012年每千流明成本所需達到的目標。這些將促使我們的器件成為固態(tài)照明應(yīng)用中名副其實的競爭者。隨著原位生長技術(shù)的提高，帶來了更高質(zhì)量的材料，為此器件的性能只會變得更好。