降低隧道结深紫外 LED 的工作电压
以下文章来源于化合物半导体联盟 ，作者化合物半导体杂志
化合物半导体联盟 .
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降低碳污染并提高硅含量，可以通过隧道结调整深紫外LED的工作电压
用于传统深紫外LED和具有隧道结的LED的外延结构
日本的一项合作声称在降低隧道结深紫外LED的工作电压方面开辟了新天地。成功来自于在n型AlGaN层中抑制碳污染物的掺入，然后掺杂高浓度的硅。
该团队发言人Kengo Nagata表示，较低的工作电压有望提高大功率隧道结LED的光学效率，这将成为该器件的主要形式。隶属于名古屋大学的 Nagata、Toyoda Gosei和TS Opto告诉《化合物半导体》杂志，实现欧姆p型AlGaN接触极其困难。“我们认为隧道结LED是解决这个问题的器件结构之一。”
请注意，为p接触切换到GaN不是一个可行的选择。GaN会吸收量子阱发出的光，并降低深紫外LED的光提取效率。
为了发现使用隧道结降低深紫外LED工作电压的良好生长条件，来自名古屋大学、丰田合成、TS Opto和Meijo大学的团队生产了一系列器件。除了制造一对具有pn结在p-AlGaN层中具有不同铝浓度的器件外，他们还制造了五个具有隧道结的器件，在n+ AlGaN和顶部n-AlGaN层中包含不同水平的碳和硅浓度（两种结构的详细信息见图）。
所有这些形式的深紫外LED都是在蓝宝石衬底上生产的，具有3μm厚的AlGaN模板，其螺、刃位错密度分别为9x107cm-2和1x109cm-2。在此，团队添加了一个n型Al0.38Ga0.62N底层，其螺、刃位错密度分别为1x108cm-2和9x 108cm-2，然后是一个具有2nm厚Al0.45Ga0.55N量子阱和电子阻挡层的有源区。
在添加p-GaN/AlGaN结构或隧道结之后，在添加触点之前，通过使用干法蚀刻来定义台面来形成 1mm2LED。多层金属为隧道结LED提供了n-AlGaN触点，也为p-n LED提供了n-AlGaN触点；而氧化铟锌层为p-n LED提供了p-GaN触点。
p-n结LED的电流-电压图产生了此类器件的典型结果，在63 mA cm-2时正向电压为6.6V。
比较具有隧道结的各种深紫外线发射器的电流—电压特性表明，通过将生长压力从100毫巴降低到 50毫巴，碳污染物水平的降低使工作电压降低了6V以上. 将此与n+ AlGaN层中的高硅掺杂浓度相结合，导致工作电压在63 mA cm-2时进一步显着降低至10.3V。事实证明，降低碳污染物水平至关重要，因为它可以防止AlGaN层成为半绝缘层——这是形成隧道结的一个明显的阻碍。
光学测量表明，传统紫外LED在285 nm下产生35.7 mW的输出，驱动电流密度为63mA cm-2，在7.2 V正向电压下实现。提供比较的隧道结器件在10.8 V下实现了相同的驱动电流，并提供了27.6 mW的输出，峰值发射波长为280 nm。该团队将这种较差的性能归因于在高温下退火的n型电极的高吸光度。
Nagata表示，该团队的目标之一是扩展隧道结的优化，努力改善其他层的生长条件。“此外，我们将接受使用反射电极改善器件特性的挑战。”
参考文献
K. Nagata et al. Appl. Phys. Express 14 084001 (2021)
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