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奈米线UV LED可望克服效率衰减问题

蓝林笑生 中字

基于AlGaN的UV LED由于存在较低的内部量子效率、低撷取效率、低掺杂效率、极化电场大以及差排密度外延高等缺点,限制了UV LED的高功率应用...

沙特阿拉伯阿布杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology;KAUST)的研究人员在最近一期的《光学快递》(Optics Express)期刊中发表一种设计紫外光发光二极管(UV LED)的新途径,能让基于氮化铝镓(AlGaN)的UV LED效率不至于衰减。

一般来说,基于AlGaN的UV LED由于存在较低的内部量子效率、低撷取效率、低掺杂效率、极化电场大以及差排密度外延高等缺点,这些都限制了UV LED在高功率的应用。

在钛/硅基板上生长的3D奈米线UV LED示意图

研究人员一开始采用钛覆盖的硅晶圆以及依靠电浆辅助的分子束外延(PAMBE),使其得以生长有效隔离的无缺陷硅掺杂氮化镓(GaN)奈米线,其中每一个都嵌入10个均匀形成AlGaN/AlGaN量子磁盘(Qdisk)的堆栈。

虽然每一发射奈米线的直径约8nm、长约350nm,但在实际的实验中,肉眼可见的大型LED是由一整区密集堆积的垂直排列奈米线(以大约9x109 cm^?2的密度)所组成。

奈米线的结构性特征:

(a) 横截面SEM图显示垂直排列的奈米线 (b) 在Ti / Si基底上生长的组件俯视图显示紧密堆积的奈米线 (c) 显示n型AlGaN层、AlGaN/AlGaN QDisk、p型AlGaN和p-GaN层的AlGaN奈米线高角度环形暗场影像(HAADF-STEM) (d) 主动区显示10对均匀的Qdisks形成 (e) Qdisk的放大影像显示不同的Qdisk组成变化。

该组件在钛涂覆的n型硅基板上生长,以改善电流注入与热耗散,它们在337nm (具有11.7nm的窄线宽)时发射UV光源,其电流密度为32A / cm^2 (在0.5×10 .5mm^2组件上约80mA),导通电压约为5.5V。

在高达120A/cm^2的注入电流下,AlGaN奈米线UV LED仍能保持效率毫无衰减地作业。

该研究的一项有趣之处在于采用钛涂覆的低成本硅基板来生长奈米线,这不仅能让制程变得易于扩展,还能结合钛金属层带来的诸多优势,包括更高的UV反射、更好的热耗散,以及改善流注入。

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