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中國新聞網:中國科大在半導體深紫外LED研究中取得重要進展
发布时间:2019-12-02 11:12

記者29日從中國科學技術大學獲悉,該校科研人員巧用藍寶石調控角度,突破了紫外LED發光性能研究的重要進展。

相關研究成果發表在著名學術期刊《先進功能材料》上。

近期,中國科大微電子學院孫海定和龍世兵課題組關于利用藍寶石襯底斜切角調控量子阱實現三維載流子束縛,實現以上研究突破。

紫外線雖然在太陽光中能量占比僅5%,但卻廣泛應用于人類生活。目前紫外光應用包括印刷固化、錢幣防僞、皮膚病治療、植物生長光照、破壞微生物如細菌、病毒等分子結構,因此廣泛應用于空氣殺菌、水體淨化和固體表面除菌消毒等領域。

傳統的紫外光源一般是采用汞蒸氣放電的激發態來産生紫外線,有著功耗高、發熱量大、壽命短、反應慢、有安全隱患等諸多缺陷。新型的深紫外光源則采用發光二極管(lightemittingdiode:LED)發光原理,相對于傳統的汞燈擁有諸多的優點,其中最爲重要的優勢在于其不含有毒汞元素。《水俣公約》的實施,預示2020年將全面禁止含有汞元素紫外燈的使用。因此,開發出一種全新的環保、高效紫外光源,成爲了擺在人們面前的一項重要挑戰。

而基于寬禁帶半導體材料的深紫外發光二極管成爲這一新應用的不二選擇。這一全固態光源體系體積小、效率高,壽命長,僅僅是拇指蓋大小的芯片,就可以發出比汞燈還要強的紫外光。然而,要想實現紫外LED的高效發光並不總是那麽容易。

中國科大微電子學院孫海定和龍世兵教授課題組,巧妙通過調控藍寶石襯底的斜切角,大幅提升紫外LEDIQE和器件發光功率。課題組發現,當提高襯底的斜切角時,紫外LED內部的位錯得到明顯抑制,器件發光強度明顯提高。當斜切角襯底達到4度時,器件熒光光譜的強度提升了一個數量級,而內量子效率也達到了破紀錄的90%以上。

科研人員通過在4度斜切角襯底上優化外延生長調節,研究人員摸索到了一種最佳結構。該結構的載流子壽命超過了1.60ns,而傳統器件中這一數值一般都低于1ns

此項研究將會爲高效率的全固態紫外光源的研發提供新的思路。這種思路無需昂貴的圖形化襯底,也不需要複雜的外延生長工藝,而僅僅依靠襯底的斜切角的調控和外延生長參數的匹配和優化,就有望將紫外LED的發光特性提高到與藍光LED相媲美的高度,爲高功率深紫外LED的大規模應用奠定實驗和理論基礎。