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中国科技大学等在半导体深紫外发光二极管研究方面取得了进展

来源:大连空压机招聘 作者:大连空压机转异地 时间:2020-07-05 20:08 点击量:

最近,中国科技大学微电子研究所的孙海鼎和龙石兵课题组利用蓝宝石衬底的斜角控制量子阱实现了三维载流子限制,突破了紫外发光二极管的发光功能。相关的研究发表于《先辈功能材料》,题目是生长在大尺寸MIS取向蓝宝石衬底上的alganway量子阱结构的非均匀增强紫外发光。

尽管紫外线仅占太阳能量的5%,但它在人类生活中被广泛使用。目前,紫外光的应用包括印刷和固化、货币防伪、皮肤病治疗、植物生长照明、粉碎细菌和病毒等微生物的分子布局等。广泛应用于空气消毒、水净化、固体轮廓消毒等领域。传统的紫外光源利用汞蒸气放电的激发态产生紫外光,存在功耗高、发热大、寿命短、回波慢、存在安全隐患等缺点。新型深紫外光源采用发光二极管:比传统汞灯有很多优点。最重要的优点是它不含有毒的汞。《水俣公约》的实施表明,2020年将完全禁止使用含汞的紫外线灯。因此,开发一种全新的环保高效的紫外光源已经成为摆在人们面前的一大挑战。

然而,基于宽带隙半导体材料(氮化镓、氮化铝镓)的深紫外发光二极管: DUV发光二极管已成为这一新应用的第二选择。这种全固态光源系统体积小、效率高、使用寿命长。只有拇指盖非常薄的芯片才能发出比汞灯更强的紫外线。这主要取决于第三族氮化物,一种直接带隙半导体材料:导带中的电子与价带中的空穴复合产生光子。然而,光子的能量取决于材料的禁带宽度,科学家可以通过调整三元化合物AlGaN的元素组成来实现不同波长的发光。然而,实现紫外发光二极管的高效发射并不总是那么容易。研究人员发现,当电子和空穴复合时,光子并不总是出现。这种效率被称为内部量子效率: IQE。

图:深紫外发光二极管光致发光光谱和器件的示意图,制备在0.2度和4度倒角的蓝宝石衬底上。有源区透射电子显微镜显示高分辨率多量子阱结构图和输出功率比较图。

孙海鼎和龙世冰的研究团队巧妙地调整了蓝宝石衬底的斜角,大大提高了紫外发光二极管的IQE和器件发光功率。研究小组发现,当基板的斜角增大时,紫外发光二极管中的位错明显受到抑制,器件的发光强度明显提高。当斜切衬底达到4度时,器件的荧光光谱强度增加一个数量级,内部量子效率也达到记录的90%以上。

与传统的紫外发光二极管结构不同,在这种新的布局中,发光层——多层量子阱(MQW)中的势阱和势垒的厚度不均匀。借助高分辨率透射电子显微镜,研究人员能够分析微观标准中只有几纳米的量子阱结构。研究表明镓(Ga)原子将在衬底的台阶上出现并被提取,这导致在下端的能带变窄。此外,随着薄膜的生长,富镓和富铝区域将一直延伸到DUV发光二极管的大致情况,并且在三维空间中出现扭曲和弯曲,形成三维多量子阱结构。研究人员称这种异常现象为:铝和镓元素的相分散和载流子定位。值得指出的是,在基于铟镓氮化物(InGaN)的蓝色发光二极管系统中,铟和镓不是100%互溶的,从而在材料中产生富铟和富镓区域,从而产生局域态并促进载流子的辐射复合。然而,相分散

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