基于激光局域退火改善p型层电学性能及深紫外LED效率
作为深紫外LED的空穴注入层，p-GaN、p-AlGaN由于较高的受主离化离能、较高的自补偿效应，导致空穴浓度较低，从而阻碍了深紫外LED量子效率和输出功率的提升。研究表明，在p-GaN或p-AlGaN外延后通过热处理以激活镁受主，可以有效提高空穴浓度，因此被人们所广泛使用。但其不足之处在于较高的热预算，以及无法对薄膜的电学性能进行局部调控。基于此，论文采用了193nm的Ar-F准分子激光器对p-GaN薄膜进行处理，全面研究了不同激光功率对于薄膜电学特性的影响机制，并通过深紫外LED的性能测试验证了在器件应用上的有效性。
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中国科学院宁波材料技术与工程研究所本研究设置了三组不同掺杂与后处理条件的p-GaN进行激光退火，具体信息列于表1中。如图1(a)所示，样品A、B的空穴浓度随激光能量密度的增加先上升后降低，在62.5 mJ/cm²达到最大值，约为无激光退火时两倍，而空穴迁移率趋势则恰好相反。对薄膜的电阻率分析显示，经过62.5 mJ/cm²的最佳激光退火处理后，样品A、B的电阻率均显著降低，说明Mg的激活率在激光退火后大幅提高。为了验证激光退火对于高空穴浓度的样品是否存在优化效果，对高掺杂浓度的样品C进行了相同的处理与测试。结果符合预期，p-GaN的空穴浓度最大增加至1.2×10¹⁸ cm-³。这一结果表明激光退火可以有效优化p-GaN的电学特性，且效果与掺杂浓度无关。
研究中将激光处理应用于深紫外LED器件上，对顶部p-GaN进行激光处理后再进行电极制备，发现器件的导通电阻降低、输出功率Pout在20和60mA电流条件下分别提高了24.8%和36%。由于Pout与深紫外LED的外量子效率EQE成正比，而所有样品的外延结构和制作工艺相同，我们可以认为激光处理前后器件的辐射复合效率ηrad和光子提取效率ηext不变。因此，载流子注入效率ηinj的提升是深紫外LED效率改善的直接原因。综上所述，该研究为深紫外LED的效率提升提供了一种新的技术路线，同时也为其他新型结构的开发如横向pn结奠定了基础。
来源：AIPP学术、综合整理
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