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仪表网 研发快讯】近日，《纳米快报》(NanoLetters)在线发表了武汉大学动力与机械学院半导体新型
显示器件研究所周圣军课题组在超薄极化隧道结深紫外
发光二极管(Light-emitting Diodes，LEDs)芯片研究取得的新进展。论文题目为“AlGaN Polarized Ultrathin Tunneling Junction Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes”(AlGaN基超薄极化隧道结深紫外LED)。武汉大学动力与机械学院博士生张子琦为论文的第一作者，周圣军为论文的通讯作者，武汉大学为论文的第一作者和通讯作者单位。
随着联合国通过《水俣公约》，汞灯的生产和使用逐渐受到限制，发展替代传统气态汞灯的新型深紫外光源成为迫切需求。与传统汞灯相比，发光波长在210 nm-300 nm之间的AlGaN基深紫外LED芯片具有节能、环保、体积小、易集成、响应快、寿命长、波长可调等诸多优点，在杀菌消毒、紫外光疗、水净化、空间探测和集成电路光刻等领域有广泛的应用价值，已成为世界科技强国关注的热点。然而，传统p-GaN接触层对深紫外光具有强烈的吸收作用，大部分深紫外光在内部多次反射过程中被p-GaN吸收，导致深紫外LED芯片的电光转换效率低。因此，开发一种对深紫外光透过率高的接触层代替传统p-GaN接触层，是进一步提升深紫外LED芯片电光转换效率的关键。
周圣军课题组将深紫外光透过率高的AlGaN基超薄极化隧道结接触层和LED外延结构相结合，采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法外延生长厚度为22nm的AlGaN基超薄极化隧道结接触层(p+-Al0.55Ga0.45N/i-Al0.65Ga0.35N/n+-Al0.55Ga0.45N)取代传统的p-GaN接触层，降低器件电压损失、吸光损耗，使深紫外LED芯片的电光转换效率提升了40%。AlGaN基超薄极化隧道结深紫外LED芯片的工作原理为：在反向偏置电压下，超薄极化隧道结中p+-Al0.55Ga0.45N价带中的电子由于量子隧穿效应通过势垒区注入到n+-Al0.55Ga0.45N导带中；与此同时，在p+-Al0.55Ga0.45N价带中形成的空穴向左注入到多量子阱有源区中，与电子发生辐射复合产生深紫外光。超薄极化隧道结中2nm厚的本征Al0.65Ga0.35N插入层在异质界面产生的极化电荷可以诱导极化电场，实现对隧道结内耦合电场的调控，促进载流子在垂直方向的隧穿注入，提高非平衡条件下多量子阱有源区中的空穴浓度。此外，本征Al0.65Ga0.35N插入层的体电阻有效阻挡了电流垂直注入的路径，使注入电流沿器件水平方向扩展，有效解决了电流聚集问题，增强了深紫外LED芯片的可靠性。在85°C/85%相对湿度条件下采用100mA注入电流点亮1000小时之后(加速寿命试验)，深紫外LED芯片的光衰小于15%。AlGaN基超薄极化隧道结接触层为突破深紫外LED芯片的能效瓶颈提供了一种创新发展路径。
图1AlGaN基超薄极化隧道结深紫外LED芯片
该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划的支持。
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