紫外發(fā)光二極管材料和器件研發(fā)熱點(diǎn)

閆建昌，孫莉莉，冉軍學(xué)，王軍喜

（中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所）

基于半導(dǎo)體材料的紫外發(fā)光二極管（UV LED）具有節(jié)能、環(huán)保和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在殺菌消毒、醫(yī)療和生化檢測等領(lǐng)域有重大的應(yīng)用價值。近年來，半導(dǎo)體紫外光電材料和器件在全球引起越來越多的關(guān)注，成為研發(fā)熱點(diǎn)。2018年12月9—12日，由中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所主辦的第三屆“國際紫外材料與器件研討會”（IWUMD-2018）在云南昆明召開，來自十二個國家的270余位代表出席了會議。本次會議匯聚了國內(nèi)外在紫外發(fā)光二極管材料和器件相關(guān)領(lǐng)域的多位頂尖專家的最新研發(fā)成果報(bào)告，報(bào)告涵蓋了AlN、BN和Ga2O3等紫外材料的外延生長、物理機(jī)制和紫外LED器件等方面的內(nèi)容。

（1）紫外發(fā)光二極管材料方面。德州理工大學(xué)的JiangHongxing教授介紹了MOCVD生長h-BN材料的最新進(jìn)展，介紹了h-BN材料的物理特性，P型h-BN材料可以有效克服傳統(tǒng)的P型高Al組分AlGaN材料中低電導(dǎo)率的問題，為未來光電器件的性能提升提供了新的技術(shù)路線。北卡羅萊納州立大學(xué)的Z.Sitar教授介紹了他們在高質(zhì)量AlN襯底生長和AlGaN/AlN MQW中取得的重要進(jìn)展，在AlGaN多量子阱（MQWs）中通過摻雜調(diào)控，實(shí)現(xiàn)深紫外發(fā)光結(jié)構(gòu)內(nèi)量子效率（IQE）超過95%，深紫外激光二極管結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低功率密度的光泵浦激射。日本三重大學(xué)的H.Miyake教授介紹了其利用高溫退火技術(shù)得到高質(zhì)量的AlN材料。對藍(lán)寶石襯底上的AlN緩沖層在氮?dú)庵?600—1700 ℃高溫退火，在退火后的AlN層上繼續(xù)高溫外延生長AlN，得到質(zhì)量很高的AlN薄膜。東京大學(xué)的Yasuhiko Arakawa 教授和法國國家科學(xué)研究中心的J. Brault教授分別介紹了氮化物材料量子點(diǎn)的最新進(jìn)展，以及基于量子點(diǎn)深紫外（DUV）LED器件的結(jié)構(gòu)和性能。

（2）紫外發(fā)光二極管器件方面。德國費(fèi)迪南德布勞恩研究所的Sebastian Walde利用Miyake教授的退火技術(shù)，結(jié)合微米至納米級的圖形化襯底側(cè)向外延技術(shù)，有效提高深紫外發(fā)光器件的IQE和光提取效率（LEE）。俄羅斯IOFFE研究所的V. Jmerik教授介紹了等離子輔助MBE技術(shù)及基于PAMBE技術(shù)的GaN/AlN多量子阱的制備、性能。廈門大學(xué)張榮教授報(bào)道了AlGaN日盲型APD的研究結(jié)果，通過采用背入射SAM結(jié)構(gòu)，從材料極化工程和能帶工程進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行材料生長，并對AlGaN日盲型APD暗電流的形成機(jī)制進(jìn)行了深入分析。日本理化研究所的H.Hirayama團(tuán)隊(duì)報(bào)導(dǎo)了AlGaN基DUV LED光提取效率研究的最新進(jìn)展：一是通過制備透明的AlGaN接觸層、高反射電極以及減少底部結(jié)構(gòu)反射等方法來提高器件LEE，可達(dá)到40%—70%；二是在器件底部加裝透鏡來提高LEE；三是制備P-AlGaN 光子晶體（PhC），進(jìn)一步提高LEE。

目前，紫外發(fā)光二極管是氮化物技術(shù)發(fā)展和第三代半導(dǎo)體材料技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，擁有廣闊的應(yīng)用前景。我國科技部為了加快第三代半導(dǎo)體固態(tài)紫外光源的發(fā)展，實(shí)施了“第三代半導(dǎo)體固態(tài)紫外光源材料及器件關(guān)鍵技術(shù)”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)（2016YFB0400800）。我們相信，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持和國際紫外材料與器件研討會的舉辦，將為加快實(shí)現(xiàn)我國第三代半導(dǎo)體紫外光源的市場化應(yīng)用，帶動我國紫外半導(dǎo)體發(fā)光二極管材料和器件技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展發(fā)揮積極的作用。