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。

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