Bahan semikonduktor jurang jalur lebar yang diwakili oleh GaN dan SiC mempunyai kelebihan hanyutan tepu elektron yang cepat dan rintangan sinaran yang kuat, dan mempunyai pelbagai aplikasi dalam pencahayaan keadaan pepejal, kuasa elektronik dan komunikasi mudah alih. Antaranya, pencahayaan keadaan pepejal adalah sangat penting untuk meningkatkan pemanasan global hari ini dan kemerosotan persekitaran ekologi. Sebagai tambahan kepada penjimatan tenaga dan perlindungan alam sekitar, LED UV yang diwakili oleh diod pemancar cahaya ultraviolet dalam (DUV LED) telah digunakan secara meluas dalam bidang pensterilan dan pembasmian kuman kerana tenaga fotonnya yang besar. Sebagai pengeluar wafer terkemuka, PAM-XIAMEN menyediakan wafer epitaxial AlGaN / GaN untuk fabrikasi LED, sila rujukhttps://www.powerwaywafer.com/gan-wafer/epitaxial-wafer.htmluntuk struktur tertentu.
Rajah.1 Struktur Epitaxial Biasa Peranti LED DUV
LED UV boleh dibahagikan kepada: LED UVA (320 nm<λ<400 nm), LED UVB (280 nm<λ<320 nm), LED UVC (200 nm<λ<280 nm) dan VUV (10 nm) <λ <200 nm), di mana panjang gelombang pelepasan DUV LED adalah lebih pendek daripada 360 nm. Bahan AlGaN mempunyai ciri-ciri jurang jalur langsung dan jurang jalur boleh laras (3.4 eV~6.2 eV), meliputi kebanyakan jalur pancaran ultraungu (200 nm ~ 365 nm), jadi ia menjadi bahan yang ideal untuk penyediaan LED DUV. Kami boleh membekalkan wafer epi LED UV dengan panjang gelombang 275nm~405nm, spesifikasi sila lihathttps://www.powerwaywafer.com/uv-led-wafer-2.html. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, terima kasih kepada teknologi penyediaan bahan AlGaN yang lebih sempurna, LED DUV juga telah mencapai kemajuan dan pembangunan yang hebat.
Walau bagaimanapun, LED DUV berasaskan bahan AlGaN masih menghadapi banyak masalah. Antaranya, kecekapan suntikan pembawa rendah mengehadkan prestasi peranti LED DUV, terutamanya kecekapan suntikan lubang. Di satu pihak, dengan peningkatan komposisi Al, tenaga pengionan kekotoran Mg secara beransur-ansur meningkat, mengakibatkan kadar pengionan Mg yang sangat rendah; mobiliti kawasan sumber, terutamanya lubang, agak rendah.
Di samping itu, kepekatan lubang rendah dan mobiliti lubang rendah akan menyebabkan arus sesak terutamanya di bawah elektrod, menyebabkan kesan kesesakan semasa. Akibatnya, kepekatan tempatan pembawa meningkat, kebarangkalian penggabungan semula Auger di kawasan aktif meningkat, suhu simpang peranti meningkat, dan hayat perkhidmatan LED DUV terjejas.
Jadi, bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini? Kami berkongsi beberapa penyelesaian dengan anda.
Memandangkan kecekapan suntikan lubang rendah dalam peranti LED DUV, para penyelidik mengoptimumkan struktur peranti LED DUV, dan mencadangkan konsep persimpangan terowong dikawal secara dielektrik, memori medan elektrik, p-AlyGa1-yN/p-AlxGa1-xN/p-AlyGa1-yN (x<y) EBL dan langkah-langkah lain untuk meningkatkan kecekapan suntikan lubang. Secara khusus seperti berikut:
1. Persimpangan Terowong Terkawal Dielektrik
Elektrod jenis-p LED tradisional terus terpercik dan tersejat pada lapisan semikonduktor jenis-p, dan kecekapan doping Mg yang rendah membawa kepada kawasan penyusutan lubang yang jelas dalam lapisan semikonduktor jenis-p, yang meningkatkan voltan operasi peranti. dan mengurangkan kepekatan lubang dalam lapisan bekalan.
Untuk tujuan ini, penyelidik mencadangkan untuk menggunakan simpang terowong homogen tradisional (p+-GaN/n+-GaN) dan simpang terowong terpolarisasi (p+-GaN/InGaN/n+-GaN), di mana lapisan n+-GaN digunakan sebagai logam. lapisan sentuhan, menambah baik suntikan lubang dan sifat elektrik peranti LED. Untuk LED UV, lapisan interkalasi InGaN mempunyai penyerapan cahaya yang serius untuk foton dalam jalur ultraviolet.
Pada masa yang sama, memandangkan ketelusan relatif bahan AlGaN berkurangan dengan peningkatan komposisi AlN, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2(a), pasukan penyelidik tertentu menggunakan bahan AlGaN sebagai lapisan sisipan, dan mencadangkan konsep persimpangan terowong dikawal secara dielektrik. . Medan elektrik simpang yang dipertingkatkan meningkatkan kebarangkalian terowong elektron, dengan itu meningkatkan kepekatan lubang bukan keseimbangan dalam lapisan p+-GaN.
Rajah 2 (a) Hubungan antara kebolehtelapan relatif dan komposisi AlN bagi AlxGa1-xN lapisan; (b) peranti dengan simpang terowong homogen konvensional (A1) dan peranti dengan simpang terowong boleh tala dielektrik (A2) taburan medan elektrik di kawasan simpang terowong. Inset menunjukkan hubungan antara medan elektrik puncak dan tahap polarisasi di kawasan persimpangan terowong.
2. Memori Medan Elektrik
Lapisan bekalan lubang peranti LED DUV konvensional termasuk dua bahagian, lapisan p-AlGaN dan lapisan p-GaN. Pada antara muka antara kedua-duanya, terdapat ketinggian penghalang (iaitu Φh) yang menghalang lubang daripada disuntik dari lapisan p-GaN ke lapisan p-AlGaN, jadi kawasan penyusutan lubang dijana berhampiran lapisan p-AlGaN berhampiran Lapisan p-GaN, seperti Rajah 3(a), dan lebar kawasan penyusutan meningkat dengan Φh, menyebabkan lubang-lubang itu habis teruk dalam lapisan p-AlGaN.
Sebagai tindak balas kepada masalah ini, penyelidik mendapati bahawa arah medan elektrik penyusutan adalah konsisten dengan arah pengangkutan lubang, yang boleh mempercepatkan lubang ke tahap tertentu dan meningkatkan keupayaan lubang untuk disuntik ke kawasan aktif, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3(b). Φh memastikan bahawa medan elektrik penyusutan dalam lapisan p-AlGaN tidak dilindungi oleh pembawa bebas. Jadi pasukan penyelidik menghasilkan konsep ingatan medan elektrik, di mana lubang boleh terus menuai tenaga daripada medan elektrik yang semakin berkurangan ini.
Rajah 3 (a) Gambar rajah jalur tenaga sepadan bagi lapisan bekalan lubang p-AlxGa1-xN/p-GaN heterojunction bagi peranti LED DUV, di mana p-AlxGa1-xLapisan N mempunyai kawasan penyusutan antara muka; (b) Gambar rajah skema arah medan elektrik di kawasan penyusutan pada antara muka p-AlxGa1-xN lapisan.
3. p-AlyGa1-yN/p-AlxGa1-xN/p-AlyGa1-yN (x<y) EBL
p-EBL menghalang kebocoran elektron dan juga menghalang suntikan lubang ke kawasan aktif. Rajah 4(a) menunjukkan bahawa sebilangan besar lubang akan terkumpul pada antara muka p-EBL/p-AlGaN, dan hanya beberapa lubang dengan tenaga tinggi disuntik ke dalam kawasan aktif melalui mekanisme sinaran haba (iaitu P1).
Memasukkan lapisan nipis bahan lebar jalur rendah berhampiran lapisan p-AlGaN dalam EBL dicadangkan. Pengumpulan lubang pada antara muka p-EBL/p-AlGaN dikurangkan oleh mekanisme terowong dalam jalur (iaitu P0), dan kemudian lubang disuntik ke dalam kawasan aktif melalui mekanisme sinaran terma (P2), seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4(b), 4(c).
Rajah 4 (a) gambar rajah jalur tenaga peranti LED DUV konvensional; (b) gambar rajah jalur tenaga peranti LED DUV dengan p-AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/AlxGa1-xN (x>y) EBL; (c) peta taburan lubang lapisan p-EBL dan p-AlGaN.
4. Meningkatkan Kesan Polarisasi pada Suntikan Lubang
III-V nitrida mempunyai sifat fizikal yang penting, kesan polarisasi. Untuk LED DUV orientasi kristal tradisional [0001], kesan polarisasi bukan sahaja membawa kepada kesan Stark kurungan kuantum, tetapi juga menjejaskan kecekapan suntikan pembawa secara serius, mengakibatkan kemerosotan prestasi peranti. Walau bagaimanapun, apabila tahap polarisasi struktur peranti LED DUV diubah secara keseluruhan, prestasi peranti dengan orientasi kristalografi [0001] (tahap polarisasi lebih daripada 0) adalah jauh lebih baik daripada prestasi kristalografi [000-1]. orientasi, dan kuasa keluaran optik meningkat dengan tahap polarisasi meningkat dan bertambah baik. Rajah 5(a) dan 5(b) menunjukkan bahawa di bawah tahap polarisasi yang berbeza, taburan lubang di kawasan aktif, p-EBL dan lapisan bekalan lubang adalah agak berbeza.
Fenomena ini dikaji, dan didapati bahawa meningkatkan tahap polarisasi pada antara muka p-EBL/p-AlGaN/p-GaN meningkatkan tenaga lubang pada satu tangan, dan melemahkan ketinggian penghalang p-EBL kepada lubang pada sebaliknya, dengan itu meningkatkan kecekapan suntikan lubang dan meningkatkan prestasi peranti LED DUV.
Rajah 5 apabila arus suntikan ialah 35mA, (a) hubungan antara kuasa keluaran optik dan tahap polarisasi peranti LED DUV; (b) pengedaran lubang dalam telaga kuantum, lapisan p-AlGaN dan lapisan p-GaN pada tahap polarisasi yang berbeza
5. Meningkatkan Komposisi AlN Penghalang Kuantum Memperbaiki Suntikan Lubang
Ia juga mendapati bahawa halangan kuantum terakhir dan caj terpolarisasi pada antara muka p-EBL mempunyai kesan penting pada kecekapan suntikan lubang. Apabila komposisi penghalang kuantum dinaikkan dengan sewajarnya (E3>E2>E1), kepekatan elektron dalam telaga kuantum meningkat dengan ketara, terutamanya kerana keupayaan halangan kuantum untuk mengikat elektron dipertingkatkan. Begitu juga, kesan penyekatan halangan kuantum pada lubang juga akan dipertingkatkan dengan ketara, yang secara teorinya tidak menguntungkan untuk suntikan lubang. Tetapi hasil penyelidikan menunjukkan bahawa lubang meningkat dengan peningkatan komposisi halangan kuantum. Ini kerana dengan peningkatan komposisi AlN dalam halangan kuantum, ketidakpadanan polarisasi antara halangan kuantum terakhir dan p-EBL berkurangan, yang melemahkan keupayaan menyekat p-EBL ke lubang, dengan itu meningkatkan kawasan aktif, lihat rajah 6( c).
Rajah 6 (c) Gambar rajah skema jalur tenaga peranti LED UVA
Di samping mencari kejayaan dalam teknologi pertumbuhan epitaxial, memahami mekanisme fizikal dalaman LED DUV akan membantu penyelidik dalam bidang untuk lebih memahami LED DUV dan meningkatkan prestasi peranti LED DUV.
Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi kami melalui e-mel di victorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.