GaN 및 SiC로 대표되는 넓은 밴드 갭 반도체 재료는 빠른 전자 포화 드리프트와 강한 복사 저항의 장점을 가지며 고체 조명, 전자 전력 및 이동 통신에서 광범위한 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 그 중 고체 조명은 오늘날의 지구 온난화와 생태계 환경의 악화를 개선하는 데 큰 의미가 있습니다. DUV LED로 대표되는 UV LED는 에너지 절약 및 환경 보호 외에도 광자 에너지가 크기 때문에 살균 및 소독 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 선도적인 웨이퍼 제조업체로서 PAM-XIAMEN은 LED 제조를 위한 AlGaN / GaN 에피택시 웨이퍼를 제공합니다.https://www.powerwaywafer.com/gan-wafer/epitaxial-wafer.html특정 구조용.

그림 1 DUV LED 소자의 전형적인 에피택셜 구조

UV LED는 UVA LED(320nm<λ<400nm), UVB LED(280nm<λ<320nm), UVC LED(200nm<λ<280nm) 및 VUV(10nm) <λ로 세분될 수 있습니다. <200 nm), 여기서 DUV LED의 방출 파장은 360 nm보다 짧습니다. AlGaN 재료는 직접 밴드갭과 조절 가능한 밴드갭(3.4 eV~6.2 eV)의 특성을 가지고 있어 대부분의 자외선 방출 대역(200 nm ~ 365 nm)을 커버하므로 DUV LED 제조에 이상적인 재료가 됩니다. 우리는 275nm~405nm의 파장을 가진 UV LED 에피 웨이퍼를 공급할 수 있습니다, 사양은 참조하십시오https://www.powerwaywafer.com/uv-led-wafer-2.html. 최근 몇 년 동안 AlGaN 재료의 보다 완벽한 준비 기술 덕분에 DUV LED도 큰 발전과 발전을 이루었습니다.

그러나 AlGaN 재료를 기반으로 한 DUV LED는 여전히 많은 문제에 직면해 있습니다. 그 중 낮은 캐리어 주입 효율은 DUV LED의 소자 성능, 특히 정공 주입 효율을 제한합니다. 한편, Al 조성이 증가함에 따라 Mg 불순물의 이온화 에너지가 점차 증가하여 Mg의 이온화 속도가 매우 낮습니다. 소스 영역, 특히 홀의 이동도는 상대적으로 낮습니다.

또한, 낮은 정공 농도 및 낮은 정공 이동도는 전류가 주로 전극 아래에 밀집하여 전류 밀집 효과를 유발합니다. 그 결과, 캐리어의 국부적 농도가 증가하고, 활성 영역에서 오제 재결합 확률이 증가하고, 소자의 접합 온도가 증가하고, DUV LED의 수명에 영향을 미칩니다.

이 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까? 우리는 당신과 몇 가지 솔루션을 공유합니다.

DUV LED 소자의 낮은 정공 주입 효율을 고려하여 연구원들은 DUV LED 소자의 구조를 최적화하고 유전적으로 조절된 터널링 접합, 전계 메모리, p-Al의 개념을 제안했습니다._y조지아_1년N/p-알_x조지아_1-XN/p-알_y조지아_1년N(x<y) EBL 및 기타 정공 주입 효율 개선 조치. 구체적으로 다음과 같습니다.

1. 유전적으로 조절되는 터널링 접합

기존 LED의 p형 전극은 p형 반도체 층에서 직접 스퍼터링 및 증발되며, 낮은 Mg 도핑 효율은 p형 반도체 층의 명백한 정공 공핍 영역으로 이어져 장치의 작동 전압을 증가시킵니다. 공급층의 정공 농도를 감소시킵니다.

이를 위해 연구원들은 n+-GaN 층을 금속으로 사용하는 기존의 균일한 터널링 접합(p+-GaN/n+-GaN)과 극성 터널링 접합(p+-GaN/InGaN/n+-GaN)을 사용할 것을 제안합니다. 접촉층, 정공 주입 및 LED 장치의 전기적 특성을 향상시킵니다. UV LED의 경우 InGaN 인터칼레이션 층은 자외선 대역의 광자에 대해 심각한 광 흡수를 합니다.

동시에, 어떤 연구팀은 그림 2(a)와 같이 AlN 조성이 증가함에 따라 AlGaN 물질의 비유전율이 감소한다는 점을 고려하여 AlGaN 물질을 삽입층으로 사용하여 유전적으로 조절된 터널 접합의 개념을 제안하였다. . 강화된 접합 전계는 전자 터널링 확률을 증가시켜 p+-GaN 층의 비평형 정공 농도를 증가시킨다.

그림 2 (a) Al의 비유전율과 AlN 조성의 관계_x조지아_1-XN층; (b) 터널 접합 영역에서 기존의 균일한 터널링 접합을 갖는 장치(A1) 및 유전체 가변 터널링 접합을 갖는 장치(A2) 전기장 분포. 삽입된 그림은 터널 접합 영역에서 피크 전기장과 분극 레벨 사이의 관계를 보여줍니다.

2. 전기장 메모리

기존 DUV LED 소자의 정공 공급층은 p-AlGaN 층과 p-GaN 층의 두 부분으로 구성된다. 둘 사이의 계면에는 p-GaN층에서 p-AlGaN층으로 정공이 주입되는 것을 방지하는 장벽 높이(Φh)가 있어 p-AlGaN층 부근에서 정공 공핍 영역이 생성된다. 그림 3(a)와 같은 p-GaN 층과 공핍 영역의 폭은 Φh에 따라 증가하여 p-AlGaN 층에서 정공이 심하게 공핍됩니다.

이 문제에 대한 응답으로 연구원들은 공핍 전기장의 방향이 정공 수송 방향과 일치한다는 것을 발견했습니다. 이는 정공을 어느 정도 가속하고 활성 영역으로 주입되는 정공의 능력을 증가시킬 수 있습니다. 그림 3(b). Φh는 p-AlGaN 층의 공핍 전기장이 자유 캐리어에 의해 차폐되지 않도록 합니다. 그래서 연구팀은 이 고갈된 전기장에서 정공이 지속적으로 에너지를 수확할 수 있는 전기장 메모리의 개념을 고안했습니다.

그림 3(a) 정공 공급층 p-Al의 해당 에너지 밴드 다이어그램_x조지아_1-XDUV LED 소자의 N/p-GaN 이종접합, 여기서 p-Al_x조지아_1-XN 층에는 계면 공핍 영역이 있습니다. (b) p-Al 계면의 공핍 영역에서 전기장 방향의 개략도_x조지아_1-XN층.

3. p-알_y조지아_1년N/p-알_x조지아_1-XN/p-알_y조지아_1년N(x<y) EBL

p-EBL은 전자 누출을 방지하고 활성 영역으로의 정공 주입을 방해합니다. 그림 4(a)는 p-EBL/p-AlGaN 계면에 많은 수의 정공이 축적되고 열방사 메커니즘(즉, P1)을 통해 활성 영역에 고에너지를 가진 소수의 정공만 주입됨을 보여줍니다.

EBL에서 p-AlGaN 층 근처에 저대역폭 물질의 얇은 층을 삽입하는 것이 제안된다. p-EBL/p-AlGaN 계면에서 정공의 축적은 대역내 터널링 메커니즘(즉, P0)에 의해 감소되며, 그 후 정공은 열 방사 메커니즘(P2)을 통해 활성 영역으로 주입됩니다. 그림 4(b), 4(c).

그림 4(a) 기존 DUV LED 소자의 에너지 밴드 다이어그램. (b) p-Al을 사용한 DUV LED 소자의 에너지 밴드 다이어그램_x조지아_1-X해당 없음_y조지아_1년해당 없음_x조지아_1-XN(x>y) EBL; (c) p-EBL 및 p-AlGaN 층의 정공 분포 맵.

4. 홀 주입에 대한 편광 효과 증가

III-V 질화물은 중요한 물리적 특성인 편광 효과를 가지고 있습니다. 기존의 결정 방향 DUV LED의 경우 편광 효과는 양자 구속 스타크 효과를 유발할 뿐만 아니라 캐리어 주입 효율에 심각한 영향을 미치므로 장치 성능이 저하됩니다. 그러나, DUV LED 소자 구조의 편광 레벨이 전체적으로 변경되었을 때, [0001] 결정학적 배향(편광 레벨이 0보다 큰)을 갖는 소자의 성능은 [000-1] 결정학적 배향을 갖는 소자의 성능보다 훨씬 더 우수하였다. 방향 및 편광 수준이 증가함에 따라 광학 출력 전력이 증가하고 더욱 개선되었습니다. 그림 5(a)와 5(b)는 서로 다른 편광 레벨에서 활성 영역, p-EBL 및 정공 공급층의 정공 분포가 상당히 다르다는 것을 보여줍니다.

이 현상을 연구한 결과 p-EBL/p-AlGaN/p-GaN 계면에서 분극 수준을 높이면 한편으로는 정공의 에너지가 증가하고 p-EBL의 정공에 대한 장벽 높이는 약해진다는 것이 발견되었습니다. 다른 한편으로, 정공 주입 효율을 향상시키고 DUV LED의 소자 성능을 향상시킨다.

그림 5는 주입 전류가 35mA일 때, (a) 광출력과 DUV LED 소자의 편광 레벨 사이의 관계이다. (b) 서로 다른 편광 수준에서 양자 우물, p-AlGaN 층 및 p-GaN 층의 정공 분포

5. 양자 장벽의 AlN 조성을 증가시키면 정공 주입이 향상됩니다.

또한 마지막 양자장벽과 p-EBL 계면의 분극전하는 정공주입 효율에 중요한 영향을 미친다는 것도 밝혀졌다. 양자장벽 조성을 적절히 증가시키면(E3>E2>E1) 양자우물 내의 전자 농도가 크게 증가하는데, 이는 주로 양자장벽의 전자 결합 능력이 향상되기 때문이다. 유사하게, 정공에 대한 양자 장벽의 차단 효과도 크게 향상되어 이론적으로 정공 주입에 바람직하지 않습니다. 그러나 연구 결과는 양자장벽 조성이 증가함에 따라 정공이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 양자장벽의 AlN 조성이 증가함에 따라 마지막 양자장벽과 p-EBL 사이의 편광 불일치가 감소하여 p-EBL의 정공 차단 능력이 약화되어 활성 영역이 개선되기 때문입니다(그림 6 참조). 씨).

그림 6 (c) UVA LED 소자의 에너지 대역 개략도

에피택셜 성장 기술의 돌파구를 찾는 것 외에도 DUV LED의 내부 물리적 메커니즘을 이해하면 해당 분야의 연구자들이 DUV LED를 더 잘 이해하고 DUV LED 장치의 성능을 개선하는 데 도움이 될 것입니다.

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