近三十年以來，在學術界與產業界不懈的努力下，AlGaN基深紫外LED的性能已經獲得較顯著的提升。但跟成熟的GaN基器件相比，目前AlGaN基的深紫外LED效率仍舊較低（<10%）。高導電性的p型AlGaN材料制作困難是制約深紫外LED電學、光學特性，以至效率進步的最為關鍵瓶頸之一。在氮化物材料體系外延過程中，氫雜質（H）容易與p型摻雜的鎂受主（Mg）結合形成中性的Mg-H絡合物，進而鈍化Mg的受主活性，抑制器件的光電性能。對于深紫外LED而言，改善高Al組分AlGaN的p型導電性仍然是一個十分緊迫，但也極具挑戰性的難題。

 

近日，由國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）與第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA）主辦，南方科技大學微電子學院與北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司共同承辦的第十七屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國際第三代半導體論壇（IFWS 2020）在深圳會展中心召開。

 

期間，由山西中科潞安紫外光電科技有限公司、中微半導體設備（上海）股份有限公司共同協辦的“固態紫外器件技術分會”上，廈門大學教授蔡端俊帶來了“氯離子局域場驅動的快速除氫p型增強技術及深紫外LED效率提升”的主題報告，分享了其研究成果。

 

研究提出了一種氯離子局域電場驅動的新型高效除氫及p型增強技術，通過外加電場方式在AlGaN外延層表面吸聚高濃度氯離子層，進行快速局域氫移除，可有效增強p型AlGaN導電性，進而有效提升深紫外LED的發光效率。

首先，第一性原理模擬計算表明，外加電場可以促進Mg-H絡合物的斷裂（圖1a，b）。特別是在定向電場力的驅動下，獨立的H+離子可以快速地擴散/漂移至晶圓表面，最終離開晶圓。從這個概念出發，進一步提出可在AlGaN表面吸附氯離子層來構建用于除氫的局域電場。
 

如圖1c所示，氯離子局域場引起的能帶彎曲可以驅動H+離子擴散/漂移至表面，并最終離開AlGaN。基于第一性原理的結果，我們自行設計搭建三電極系統，采用氯離子電解液，在AlGaN外延片的表面上有效吸聚氯離子層（圖1d）。

結果表明，對于p型AlGaN外延片，經過氯離子局域場處理后，氫雜質濃度降低了52.5%（圖1e）。隨著氫雜質的減少，更多的Mg受主可被有效激活。
 

因此，p型AlGaN的電流得到極大提升，并且電阻率明顯降低（圖1f）。我們進一步將電場除氫技術應用于深紫外LED外延片（圖1g）。
 

如圖1h所示，經過電場處理之后，深紫外LED的發光功率明顯提高，增強幅度最大可達32%。此種新型電場激活技術也可以應用于其他氮化物、甚至其他材料的半導體體系，除去不利的鈍化點缺陷，并提高器件的光電性能。
 

蔡端俊，一直是氮化物半導體，生物物理學，納米科學和納米技術的先驅，他提出了用于深紫外LED的AlGaN新型異質結構，基于AES的非接觸電表征方法，螢火蟲生色團的生物異質結的原始概念，超細和超長Cu納米絲作為透明電極的合成以及單層的超大尺寸增長 h-BN膜。他是美國物理學會，美國生物物理學會，美國化學學會和P.R.C.半導體學會的成員。他在同行評審的期刊和國際會議上發表了80多篇論文，并且是40多項專利的主要發明者。

 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）