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中國科大在半導體深紫外LED的又一突破進展!大幅提高發光特性

2019-12-03 22:22   5次瀏覽

近期,中國科大微電子學院孫海定和龍世兵課題組關于利用藍寶石襯底斜切角調控量子阱實現三維載流子束縛,突破了紫外LED發光性能的重要進展。相關研究發表在《先進功能材料》。

據了解,傳統的紫外光源一般是采用汞蒸氣放電的激發態來產生紫外線,有著功耗高、發熱量大、壽命短、反應慢、有安全隱患等諸多缺陷。新型的深紫外光源則采用發光二極管(lightemittingdiode:LED)發光原理,相對于傳統的汞燈擁有諸多的優點,其中最為重要的優勢在于其不含有毒汞元素。《水俁公約》的實施,預示2020年將全面禁止含有汞元素紫外燈的使用,因此,開發出一種全新的環保、高效紫外光源刻不容緩。

而基于寬禁帶半導體材料的深紫外發光二極管成為這一新應用的不二選擇。這一全固態光源體系體積小、效率高,壽命長,僅僅是拇指蓋大小的芯片,就可以發出比汞燈還要強的紫外光。然而,要想實現紫外LED的高效發光并不總是那么容易。

中國科大微電子學院孫海定和龍世兵教授課題組,巧妙通過調控藍寶石襯底的斜切角,大幅提升紫外LED的IQE和器件發光功率。課題組發現,當提高襯底的斜切角時,紫外LED內部的位錯得到明顯抑制,器件發光強度明顯提高。當斜切角襯底達到4度時,器件熒光光譜的強度提升了一個數量級,而內量子效率也達到了破紀錄的90%以上。

科研人員通過在4度斜切角襯底上優化外延生長調節,研究人員摸索到了一種結構。該結構的載流子壽命超過了1.60ns,而傳統器件中這一數值一般都低于1ns。

此項研究將會為高效率的全固態紫外光源的研發提供新的思路。這種思路無需昂貴的圖形化襯底,也不需要復雜的外延生長工藝,而僅僅依靠襯底的斜切角的調控和外延生長參數的匹配和優化,就有望將紫外LED的發光特性提高到與藍光LED相媲美的高度,為高功率深紫外LED的大規模應用奠定實驗和理論基礎。

此外,該研究工作還得到了國家自然科學基金委、中科院、中國科大等單位的支持。部分樣品加工工藝在中國科大微納研究與制造中心完成。

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