中科院宁波材料所通过研究得出深紫外LED效率改善直接原因
近日，从中国科学院宁波材料所了解到，该所郭炜研究员团队研究了关于基于激光局域退火改善p型层电学性能及深紫外LED效率。 据相关资料介绍，基于AIGaN半导体材料的深紫外LED在保密通信、公共健康防护等领域具有广泛的应用前景，被认为是替代含汞气体紫外光源的唯一替代方案。而作为深紫外LED的空穴注入层，p-GaN、p-AlGaN由于较高的受主离化离能、较高的自补偿效应，导致空穴浓度较低，从而阻碍了深紫外LED量子效率和输出功率的提升。研究表明，在p-GaN或p-AlGaN外延后通过热处理以激活镁受主，可以有效提高空穴浓度，因此被人们所广泛使用。但其不足之处在于较高的热预算，以及无法对薄膜的电学性能进行局部调控。研究中三种不同测试样品，差别主要包括Mg的掺杂浓度和是否经过热退火处理 基于此，研究团队采用了193nm的Ar-F准分子激光器对p-GaN薄膜进行处理，全面研究了不同激光功率对于薄膜电学特性的影响机制，并通过深紫外LED的性能测试验证了在器件应用上的有效性。
激光退火对p-GaN薄膜电学特性的影响 该研究设置了三组不同掺杂与后处理条件的p-GaN进行激光退火，具体信息列于表1中。如图1(a)所示，样品A、B的空穴浓度随激光能量密度的增加先上升后降低，在62.5 mJ/cm²达到最大值，约为无激光退火时两倍，而空穴迁移率趋势则恰好相反。对薄膜的电阻率分析显示，经过62.5 mJ/cm²的最佳激光退火处理后，样品A、B的电阻率均显著降低，说明Mg的激活率在激光退火后大幅提高。为了验证激光退火对于高空穴浓度的样品是否存在优化效果，对高掺杂浓度的样品C进行了相同的处理与测试。结果符合预期，p-GaN的空穴浓度最大增加至1.2×10¹⁸cm-³。这一结果表明激光退火可以有效优化p-GaN的电学特性，且效果与掺杂浓度无关。
激光处理对深紫外LED器件性能的影响 研究团队将激光处理应用于深紫外LED器件上，对顶部p-GaN进行激光处理后再进行电极制备，发现器件的导通电阻降低、输出功率Pout在20和60mA电流条件下分别提高了24.8%和36%。由于Pout与深紫外LED的外量子效率EQE成正比，而所有样品的外延结构和制作工艺相同，我们可以认为激光处理前后器件的辐射复合效率ηrad和光子提取效率ηext不变。因此，载流子注入效率ηinj的提升是深紫外LED效率改善的直接原因。综上所述，该研究为深紫外LED的效率提升提供了一种新的技术路线，同时也为其他新型结构的开发如横向pn结奠定了基础。
来源：行家说UV综合整理、奥趋光电
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