【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《納米快報》(NanoLetters)在線發(fā)表了武漢大學(xué)動力與機械學(xué)院半導(dǎo)體新型顯示器件研究所周圣軍課題組在超薄極化隧道結(jié)深紫外發(fā)光二極管(Light-emitting Diodes，LEDs)芯片研究取得的新進展。論文題目為“AlGaN Polarized Ultrathin Tunneling Junction Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes”(AlGaN基超薄極化隧道結(jié)深紫外LED)。武漢大學(xué)動力與機械學(xué)院博士生張子琦為論文的第一作者，周圣軍為論文的通訊作者，武漢大學(xué)為論文的第一作者和通訊作者單位。
 

　　隨著聯(lián)合國通過《水俁公約》，汞燈的生產(chǎn)和使用逐漸受到限制，發(fā)展替代傳統(tǒng)氣態(tài)汞燈的新型深紫外光源成為迫切需求。與傳統(tǒng)汞燈相比，發(fā)光波長在210 nm-300 nm之間的AlGaN基深紫外LED芯片具有節(jié)能、環(huán)保、體積小、易集成、響應(yīng)快、壽命長、波長可調(diào)等諸多優(yōu)點，在殺菌消毒、紫外光療、水凈化、空間探測和集成電路光刻等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值，已成為世界科技強國關(guān)注的熱點。然而，傳統(tǒng)p-GaN接觸層對深紫外光具有強烈的吸收作用，大部分深紫外光在內(nèi)部多次反射過程中被p-GaN吸收，導(dǎo)致深紫外LED芯片的電光轉(zhuǎn)換效率低。因此，開發(fā)一種對深紫外光透過率高的接觸層代替?zhèn)鹘y(tǒng)p-GaN接觸層，是進一步提升深紫外LED芯片電光轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。
 

　　周圣軍課題組將深紫外光透過率高的AlGaN基超薄極化隧道結(jié)接觸層和LED外延結(jié)構(gòu)相結(jié)合，采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法外延生長厚度為22nm的AlGaN基超薄極化隧道結(jié)接觸層(p+-Al0.55Ga0.45N/i-Al0.65Ga0.35N/n+-Al0.55Ga0.45N)取代傳統(tǒng)的p-GaN接觸層，降低器件電壓損失、吸光損耗，使深紫外LED芯片的電光轉(zhuǎn)換效率提升了40%。AlGaN基超薄極化隧道結(jié)深紫外LED芯片的工作原理為：在反向偏置電壓下，超薄極化隧道結(jié)中p+-Al0.55Ga0.45N價帶中的電子由于量子隧穿效應(yīng)通過勢壘區(qū)注入到n+-Al0.55Ga0.45N導(dǎo)帶中；與此同時，在p+-Al0.55Ga0.45N價帶中形成的空穴向左注入到多量子阱有源區(qū)中，與電子發(fā)生輻射復(fù)合產(chǎn)生深紫外光。超薄極化隧道結(jié)中2nm厚的本征Al0.65Ga0.35N插入層在異質(zhì)界面產(chǎn)生的極化電荷可以誘導(dǎo)極化電場，實現(xiàn)對隧道結(jié)內(nèi)耦合電場的調(diào)控，促進載流子在垂直方向的隧穿注入，提高非平衡條件下多量子阱有源區(qū)中的空穴濃度。此外，本征Al0.65Ga0.35N插入層的體電阻有效阻擋了電流垂直注入的路徑，使注入電流沿器件水平方向擴展，有效解決了電流聚集問題，增強了深紫外LED芯片的可靠性。在85°C/85%相對濕度條件下采用100mA注入電流點亮1000小時之后(加速壽命試驗)，深紫外LED芯片的光衰小于15%。AlGaN基超薄極化隧道結(jié)接觸層為突破深紫外LED芯片的能效瓶頸提供了一種創(chuàng)新發(fā)展路徑。
 

圖1AlGaN基超薄極化隧道結(jié)深紫外LED芯片
 

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃的支持。