氮化物深紫外LED研究新进展.pdfVIP

中国科学：物理学 力学 天文学 2015年 第 45卷 第 6期：067303 《中国科学》杂志社 SCIENTIASINICA Physica．Mechanica＆Astronomica phys．scichina．com SClENCECHlNAPRESS 氮化物深紫外 LED研究新进展 王军喜∞ ，闰建昌①② ，郭亚楠①②③，张韵∞③，田迎冬①②③，朱邵歆①②⑦， 陈翔①②③，孙莉莉∞③，李晋闽∞③ ① 中国科学院半导体研宄所，北京 100083； ② 中国科学院半导体照明研发中t3，北京 100083； ③ 半导体照明联合创新国家重点实验室。北京 100083 联系人，王军喜，E—mail：ixwang@semi．ac．cn；闫建昌，E．mail：yanjc@semi．aC．cn 收稿 日期：2O15-Ol一16；接受 日期：2015-03—16；网络 出版 日期：2015．04—27 国家 自然科学基金(批准号61204053)~国家高技术研究发展计划(编号：2011AA03A11l，2014AA032608，2012AA041001) 资助 摘要 基于三族氮化物(IlI．nitride)材料的紫外发光二极管(uvLED)在杀菌消毒、聚合物固化、生化探 测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景，近年来受到越来越多的关注和重视．在过去的 十多年里，氮化物uVLED取得了长足的进步，发光波长400—210nm之间的氮化物uVLED先后被研发 出来，短于360rim的深紫外LED(DUVLED)的外量子效率(EQE)最好结果已超过 10％，很大程度上得益 于核心A1GaN材料制备技术的进展．通过提高A1GaN外延材料及量子结构中的Al组分，可以实现更短 波长的uvLED，但是源于AI(Ga)N材料的特性，随着Al组分的提高，高质量材料外延和实现有效掺杂 面临越来越高的挑战．本文首先从材料外廷和掺杂研究的角度出发，分别从 uV LED 的量子结构与效 率、关键芯片工艺、光提取、可靠性与热管理等方面，详细阐述探讨了发光波长短于360ilm的DUVLED 研究中面临的核心难点及近年来的一系列重要研究进展． 关键词 AIN，GaN，A1GaN，紫外发光二极管 PACS：78．55．Cr，85．30．De，85．35．Be doi：10．1360／SSPM A201500026 基于三族氮 化物 (III—nitride)宽禁带半导体材料 关市场规模可高达数十亿美元…，因而近年来受到越 的紫外发光二极管(UltravioletLight．EmittingDiode， 来越多的关注和重视． UV LED)在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非 紫外波段依据波长通常可 以划分为：长波紫外 视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景． 或 UVA f320-400nm)、中波紫外或 UVB (280—320 相比于传统紫外光源汞灯，UVLED 有着无汞环保、 nm)、短波紫外或 UVC (200—280nm)以及真空紫外 小巧便携、低功耗、低电压等许多优势，据估计其相 VUV f10—200nm)Ⅲ．三族氮化物半导体材料氮化镓 王军喜等． 中国科学：物理学 力学 天文学 2015年 第 45卷 第 6期 (GaN)、氮化铝 (AlN)及氮化铟 (INN)均为直接带隙半 Light—EmittingDiode，DUVLED)的EQE报道结果大 导体材料，其禁带宽带分别为 3．43，6．04和 0．65eV J， 多在 10％甚至 5％以下，最好结果是 Hirayama等人l6 通过调节其合金组分，可 以实现从 200--400nm光谱 报导的280—300nmUVLED，在 2mA 电流下外量子 范围内的发光，覆盖了从 UVA 到 UVC 的宽光谱范 效率达到 14_3％的峰值，在 20mA 电流下 EQE 为 围，因而成为制备 UVLED 的理想半导体材料． 10．5％． GaN材料的带边发光波长(～360nm)也往往作为 总体上，在过去的十多年里，无论从发光波长， 氮化物uvLED的发