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，中國科學院寧波材料技術與工程研究所副研究員郭煒分享了鋁鎵氮深紫外量子阱及LED：斜切角襯底及橫向極性疇的影響研究成果。
AlGaN基深紫外LED由于在殺菌消毒、非視距通訊等領域的廣闊應用前景而備受人們所關注。然而與可見光LED相比，紫外LED的產業化還較不成熟。從技術角度出發，晶體質量較差、較強的極化效應，以及p-GaN和金屬電極對紫外光子的吸收等均是影響因素。
報告首先介紹團隊在斜切角藍寶石襯底上外延AlGaN材料和紫外LED的進展。通過采用高斜切角襯底，紫外LED的內量子效率和發光功率明顯提升。這主要歸功于斜切角襯底促進鋁和鎵的相分離，從而引起的載流子局域化效應。
此外，研究中還證明了在電流注入條件下，載流子首先通過樣品的富鎵區域，器件開啟后則擴展到整個有源區。實驗結果也得到了理論計算較好的支持，充分證明了斜切角襯底在提升紫外LED輻射復合效率方面的優勢。
報告介紹了團隊在橫向極性結構紫外量子阱及LED的研究進展。通過襯底上低溫結晶層的圖形化和預處理，得到了同時具有金屬極性和氮極性的“橫向極性結構紫外LED”。構建深紫外橫向極性結構遇到的挑戰包括：高鋁組分AlGaN的三維形核生長導致氮極性、橫向極性結構的質量惡化，以及在極性反轉疇附近因AlGaN薄膜中Ga原子的橫向擴散導致的金屬極性和氮極性發光波長的分離。
因此，通過外延生長中襯底預處理條件的優化，消除了因原子橫向遷移導致的金屬極性和氮極性發光波長30 nm的差異。此外，通過插入AlGaN/AlN超晶格結構，氮極性區域的表面形貌得到了明顯改善，晶體質量有所提升。最終，實現了橫向極性結構275 nm 單峰發光，并且基于微區光譜證明了在極性反轉疇界面處，MQW的發光強度提升了一個數量級。
在開爾文探針顯微鏡、X射線光電子能譜的幫助下，得到了極性反轉疇界面的橫向能帶結構。由于不同極性疇表面電勢的差異，金屬極性和氮極性之間存在勢壘，有助于電子和空穴在界面處聚集從而高效地輻射復合。
通過第一性原理分析，得到了AlGaN 橫向極性結構的DOS分布和能帶圖，與實驗結果吻合良好，這也進一步證明了橫向極性結構對于載流子輸運和復合的影響作用。相關工作為深入理解橫向極性結構的發光特性提供了理論和實驗依據，為開發新型高效深紫外光電器件提供了全新的思路。
郭煒博士2014年博士畢業于美國北卡羅來納州立大學,2016年加入中科院寧波材料所任副研究員。研究方向為第三代半導體材料與器件。主要研究興趣包括高鋁組分AlGaN 材料的MOCVD 外延、氮化物極性調控及新型光電子/電力電子器件等。郭博士目前主持、參與科技部重點研發計劃、寧波市“科技創新2025重大專項”、國家自然科學基金面上/青年基金、浙江省重點研發計劃等課題，在SCI 期刊雜志發表論文40余篇，論文引用近1000余次，申請中國發明專利10余項。
（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）
