好消息!奈米線(xiàn)UV LED可望克服效率衰減問(wèn)題
? 基于A(yíng)lGaN的UV?LED由于存在較低的內部量子效率、低擷取效率、低摻雜效率、極化電場(chǎng)大以及差排密度外延高等缺點(diǎn),限制了UV LED的高功率應用。
沙特阿拉伯阿布杜拉國王科技大學(xué)(King Abdullah University of Science and Technology;KAUST)的研究人員在最近一期的《光學(xué)快遞》(Optics Express)期刊中發(fā)表一種設計紫外光發(fā)光二極管(UV LED)的新途徑,能讓基于氮化鋁鎵(AlGaN)的UV LED效率不至于衰減。
一般來(lái)說(shuō),基于A(yíng)lGaN的UV LED由于存在較低的內部量子效率、低擷取效率、低摻雜效率、極化電場(chǎng)大以及差排密度外延高等缺點(diǎn),這些都限制了UV LED在高功率的應用。
在鈦/硅基板上生長(cháng)的3D奈米線(xiàn)UV LED示意圖
研究人員一開(kāi)始采用鈦覆蓋的硅晶圓以及依靠電漿輔助的分子束外延(PAMBE),使其得以生長(cháng)有效隔離的無(wú)缺陷硅摻雜氮化鎵(GaN)奈米線(xiàn),其中每一個(gè)都嵌入10個(gè)均勻形成AlGaN/AlGaN量子磁盤(pán)(Qdisk)的堆棧。
雖然每一發(fā)射奈米線(xiàn)的直徑約8nm、長(cháng)約350nm,但在實(shí)際的實(shí)驗中,肉眼可見(jiàn)的大型LED是由一整區密集堆積的垂直排列奈米線(xiàn)(以大約9x109 cm^?2的密度)所組成。
奈米線(xiàn)的結構性特征:
(a) 橫截面SEM圖顯示垂直排列的奈米線(xiàn) (b) 在Ti / Si基底上生長(cháng)的組件俯視圖顯示緊密堆積的奈米線(xiàn) (c) 顯示n型AlGaN層、AlGaN/AlGaN QDisk、p型AlGaN和p-GaN層的AlGaN奈米線(xiàn)高角度環(huán)形暗場(chǎng)影像(HAADF-STEM) (d) 主動(dòng)區顯示10對均勻的Qdisks形成 (e) Qdisk的放大影像顯示不同的Qdisk組成變化。
該組件在鈦涂覆的n型硅基板上生長(cháng),以改善電流注入與熱耗散,它們在337nm (具有11.7nm的窄線(xiàn)寬)時(shí)發(fā)射UV光源,其電流密度為32A / cm^2 (在0.5×10 .5mm^2組件上約80mA),導通電壓約為5.5V。
在高達120A/cm^2的注入電流下,AlGaN奈米線(xiàn)UV LED仍能保持效率毫無(wú)衰減地作業(yè)。
該研究的一項有趣之處在于采用鈦涂覆的低成本硅基板來(lái)生長(cháng)奈米線(xiàn),這不僅能讓制程變得易于擴展,還能結合鈦金屬層帶來(lái)的諸多優(yōu)勢,包括更高的UV反射、更好的熱耗散,以及改善流注入。