成果展示：界面极化场调控AlGaN基DUV LED中载流子的输运行为
成果展示：界面极化场调控AlGaN基DUV LED中载流子的输运行为
AlGaN基深紫外发光二极管（DUV LED）凭借其工作电压低、功耗低、无污染、体积小、易于集成、直流驱动等优势，不仅替代了传统汞灯在聚合物固化、杀菌医疗、废水处理等领域的应用，而且把健康、环保、节能的生活理念带进了千家万户，并形成了庞大的DUV LED新兴市场，如便携式消毒电子产品市场、白色家电市场、母婴用品市场等。由于影响AlGaN基DUV LED应用潜力的关键性能指标有发光波长、光输出功率和外量子效率（EQE）等，而DUV LED内部的载流子输运及复合机制又是决定器件性能的关键因素。因此，天津赛米卡尔科技有限公司技术团队提出了调控DUV LED中最后一个量子垒（LQB）与电子阻挡层（p-EBL）界面极化场的设计方案来改善DUV LED内部的载流子输运情况。该技术团队根据仿真设计方案制备了具有低Al组分量子垒结构的器件A和具有高Al组分量子垒结构的器件B。如图1（a）和图1（b）所示，器件A和器件B的发光波长均为275 nm，该波段可以实现高效的杀菌效果。此外，根据图1（c）和图1（d）可以看出适当地提高DUV LED中量子垒的Al组分，可以有效地提高DUV LED的光输出功率和EQE。
图1. 不同电流驱动下，（a）器件A和（b）器件B的电致发光光谱图；器件A和器件B的（c）光输出功率和（d）外量子效率；图（d）中的内嵌图为紫外积分球测试系统。
为了揭示量子垒中的Al组分对空穴和电子输运的影响，图2（a）和图2（b）中展示了器件A和器件B中部分有源区和p-EBL区域的能带分布，其中由于有源区中AlGaN材料的Al组分占比较高，导致价带中的重空穴带（HH）移至晶格场劈裂带（CH）下方。通过对比图2（a）和图2（b）中的插图中可以发现，器件B的p-EBL中空穴浓度更高，这是由于LQB/p-EBL界面降低的正极化电荷密度可以减弱p-EBL中的空穴耗尽效应，即可以促进空穴的注入效率。此外，与器件A相比，器件B的p-EBL的有效导带势垒高度（ΦB）更高，并且有效价带势垒高度（ϕB）更小，可以在抑制电子泄漏的同时促进空穴注入到有源区中。因此，具有高Al组分量子垒结构的器件B可以通过削弱LQB/p-EBL界面的强极化场提高DUV LED的载流子注入效率，最终改善DUV LED的发光效率。
图2. 在35 mA的注入电流下，（a）器件A和（b）器件B的能带结构示意图；图（a）和图（b）的插图均为p-EBL区域的空穴浓度分布情况。
该研究成果已发表在Optical Materials Express，文章链接：https://doi.org/10.1364/OME.424281。