通常，國際上將波長小于400nm的電磁波稱為紫外線。其中，波長小于300 nm的深紫外即DUV波段，可以誘導(dǎo)DNA/RNA產(chǎn)生嘧啶二聚體妨礙DNA/RNA的復(fù)制，被認為是殺菌消毒的最佳波段。并且在目前全球流行的新冠疫情中，研究表明，僅需要10s的深紫外光照射，新冠病毒的滅活率能達到99.9%。因此，深紫外光源的重要性不言而喻，而AlGaN基深紫外LED具有波長可調(diào)、小巧便攜、節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點，已逐漸成為不可替代的新型紫外光源，同時也是國際前沿研究及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的熱點問題。
近日，由第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（CASA）、國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）聯(lián)合主辦，北京麥肯橋新材料生產(chǎn)力促進中心有限公司與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)共同承辦的第七屆國際第三代半導(dǎo)體論壇暨第十八屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇（IFWS & SSLCHINA 2021）在深圳會展中心舉行。
期間，“固態(tài)紫外材料與器件技術(shù)“論壇上，北京大學王柳冰做了題為“通過引入透明復(fù)合p型層和Ag納米點/Al反射電極相結(jié)合提高深紫外LED的光提取效率”的主題報告。結(jié)合深紫外LED的研究背景，分享了兼顧深紫外LED電學特性和光學特性的技術(shù)手段，以及取得的研究成果。
報告指出，經(jīng)過國內(nèi)外課題組20多年的研究，目前AlGaN基深紫外LED性能已經(jīng)得到明顯的提升，但是深紫外LED的外量子效率仍處于很低的水平，報道的最高外量子效率僅有20.3%，但是普遍低于10%，相比于藍光LED 高于80%的外量子效率來說，差距仍然很大。
深紫外LED的外量子效率由載流子注入效率、內(nèi)量子效率和光提取效率三者共同決定，前兩者國際上經(jīng)過20多年的努力，目前都能做到80%的水準。然而在深紫外波段，光提取效率受到材料的吸收、偏振與折射率差異的限制。目前國際上沒有很好的解決方法，普遍的光提取效率都低于10%，成為制約深紫外LED發(fā)光器件性能提升的關(guān)鍵瓶頸。其中針對頂部p-GaN層與p型接觸電極吸收問題，國際上普遍采取的是反射思路。
用透明p-AlGaN層取代p-GaN層，并采用高反射電極，將量子阱向p區(qū)發(fā)射的光線反射到藍寶石一側(cè)提取。可以看到這樣的解決思路，外量子效率有大幅的提升。但是由于透明p-AlGaN層上歐姆接觸難以實現(xiàn)，導(dǎo)致器件電壓很高！電學特性的惡化對于器件的長期工作是十分不利的。因此保證電學特性并提高深紫外LED的光提取效率十分必要。
針對提升光提取效率中，p-GaN層吸收紫外光與p-AlGaN層上形成歐姆接觸困難的問題，研究設(shè)計了一種透明復(fù)合p型層結(jié)構(gòu)，包括一層高透明p-AlGaN層和一層幾納米厚的p-GaN層。通過計算，將P-GaN的厚度從普遍采用的100nm減薄到10nm，就能使二次透光率提升70%，極大地減小了厚p-GaN層對深紫外光的強烈吸收，同時解決了p型歐姆接觸困難的問題。
進一步，針對p型接觸金屬對深紫外光的吸收,設(shè)計了Ag 納米點/Al 反射電極。Ag是與p-GaN形成歐姆接觸常用的金屬，但是Ag金屬薄膜對深紫外光吸收強烈。我們利用Ag在一定溫度下會團簇的特性，形成銀納米點降低占空比，增大透射率。未被Ag納米點覆蓋的區(qū)域通過深紫外波段反射率最高的Al金屬實現(xiàn)光的反射。在保證歐姆接觸形成的前提下，提高反射率。
基于以上討論，兼顧深紫外LED的電學特性和光學特性，研究提出了一種新型器件結(jié)構(gòu)，即通過引入透明復(fù)合p型層和Ag納米點/Al反射電極制備出深紫外LED器件，并與傳統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)作對比，以此來驗證我們提出的創(chuàng)新方法對于提升深紫外LED光提取效率的可行性。
研究結(jié)果顯示，研究設(shè)計并實現(xiàn)了高透明復(fù)合p型層與Ag納米點/Al電極相結(jié)合的新型深紫外LED結(jié)構(gòu)，在保證電學性能的基礎(chǔ)上提高了光提取效率。復(fù)合p型層包括一層高透明p-AlGaN層和幾納米厚的p-GaN層，分別作為空穴提供層和歐姆接觸層；Ag納米點實現(xiàn)歐姆接觸，Al實現(xiàn)反射，反射率為69%，是傳統(tǒng)Ni/Au電極的兩倍多。基于該新型結(jié)構(gòu)制備了發(fā)光波長為282.6 nm的DUV-LED，最大光輸出功率和外量子效率為11.1 mW和1.76%，相較于傳統(tǒng)Ni/Au電極結(jié)構(gòu)的LED，分別提高了52%和58%。
（內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場資料整理，如有出入敬請諒解）
