上海
CINNO Research 产业资讯，最近，来自中国武汉大学的研究人员在《Nano Letters》期刊上，以“ 氮化铝镓（ AlGaN ）极化超薄隧穿结深紫外发光二极管 ”为论文名介绍了他们在 DUV LED 领域的一项突破。据介绍，他们通过 一种称为极性超薄隧穿结（ PUTJ ， Polarized Ultrathin Junctions ）技术 的开发 ，解决 了 深紫外（ DUV）发光二极管（LED） 研究领域 长期存在的 一个 难题 。样品测试结果显示，他们 实现了在 30 安培每平方厘米 的驱动 电流密度下 ， 工作电压低至 5.8 伏特的创纪录水平， 与此同时，该深紫外发光器件的 光输出功率（ LOP ， Light Output Power ）提高了 40%。
该研究团队表示，这一成果的实现主要得益于他们使用了一种极化处理的氮化铝镓异质结构，它能够很好地改善器件中载流子的隧穿和电流扩散，这也标志着学术界在开发杀菌、传感和医疗用高效深紫外光源的开发方面迈出了重要的一步。
这项研究的负责人Shengjun Zhou表示：“通过减小器件隧穿结的厚度，并对中间层中的铝含量进行策略性调控，我们成功实现了垂直隧穿效率和电流扩散两个指标的双重优化。这里，我们再异质界面处增加的极化电场最终让耗尽区变窄，与传统超薄隧穿结（UTJ）相比，这种新设计的隧穿概率提高了1.5倍。与此同时，中间层较高的电阻也有助于改善大尺寸发光器件工作时内部电流的扩散情况。”
实际上，深紫外LED在当前的商业应用中正面临着一些重要的瓶颈，其中就包括：由于p 型氮化镓（p-GaN）吸收导致的光损耗，以及由于高铝含量的氮化铝镓中空穴注入不良而产生的高工作电压。为了解决这一问题，以往的研究人员提出了传统的隧穿结设计，它可以减轻以上吸收问题，但因为存在较厚的n型氮化铝镓电流扩散层，所以它又增加了整个器件的体电阻。
为了解决这些问题，研究人员提出了一种创新的结构，如前述，该结构包括一个20纳米厚的p⁺/n⁺氮化铝镓（Al0.55Ga0.45N）同质结和一个2纳米厚的本征氮化铝镓（Al0.65Ga0.35N）中间层，该结构利用极化感应电场来增强带间隧穿效率，与此同时还能保持器件的光学透明度。
为了更好地说明他们的设计性能，研究人员通过技术计算机辅助设计（TCAD）模拟进一步验证了这一机制。结果表明，这种Al0.65Ga0.35N 中间层能够让器件隧穿区域内的极化感应电场强度增加20%，与此同时它还提高了器件内部横向空穴浓度的贡献。
最终，这种双重效应确保了驱动电流在器件内部多个量子阱中实现高效的载流子注入和均匀的辐射复合。这种创新的PUTJ平台设计弥合了III族氮化物光电子学中光学透明度和电效率之间的差距。
据介绍，这些研究人员未来的工作将专注于把这种设计集成到微尺度器件和级联多结架构中，以进一步突破现有深紫外光源的极限。
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