尽管当今基于氮化铝镓(AlGaN)的紫外光有机发光二极管(LED)依赖于平面结构,但仍面对许多悬而未决的材料相关挑战,包括在高Al含量的AlGaN中缺乏有效的p型掺杂、在外延基板上生长平面UV LED的高穿透位错和缺陷密度,以及光撷取效率低(通常小于10%)。

在最近发表于《Nanoscale》期刊的“利用悬垂外延实现自平面化量子磁盘纳米线超紫外光-B发射器”(Self-planarized quantum-disks nanowires ultraviolet-B emitter utilizing pendeo-epitaxy)一文中,阿布杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology;KAUST)的研究人员解释如何透过生长无错位AlGaN纳米线取得等效于近乎无缺陷的平面结构,这些纳米线彼此间极其接近地成核,使其最终在上部末端聚结。

研究人员在清清洁的硅晶圆上精确控制初始氮化镓(GaN)成核过程,并使用无催化剂的电浆辅助分子束外延(PAMBE)形成特定生长条件后,他们宣称能够克服围绕纳米线生长的许多问题,以一致的高度获得高密度、自发性聚结、无错位的AlGaN纳米线,显示得以呈现自平面化的顶层表面。这种反锥形的纳米线底部直径约30nm,可随其生长在400nm长的顶部扩展直径至70nm。

生长纳米线可用于整合15对几乎占据整个纳米线体积一半的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN量子磁盘(Q-disk),以及1个p型AlGaN电子阻障薄层。P型渐变AlGaN层(约25nm厚)与p-GaN层(约20nm)共同生长作为顶部接触层。

由于具有较高密度(约1x1010cm^-2)、可在大面积上聚结以及均匀的高度分布,让纳米线得以达到超过95%的填充因子,而Ni/Au层可以直接沉积在聚结的p-GaN层顶部,而不至于发生极化作用。 20170317 uvled NT01P2 (a) 该组件结构的俯视图像,以及插图中纳米线的倾角图;(b)聚结AlGaN纳米线的STEM-HAADF影像

研究人员描述了这种大面积AlGaN量子磁盘在纳米线LED的发射性,以窄线宽发射频谱在室温下测得303nm电致发光(约48A/cm^2偏置或在0.5×0.5mm^2的面积时约120mA),以及20nm的半峰值全宽(FWHM)为约20nm。导通电压为9V。 20170317 uvled NT01P1 具有其各独立层的纳米线示意图

总之,研究人员得出了结论,并打造出有效制造UV LED的最简单方法,而无需使用预先图案化的基板或特殊光罩,而且也不需要UV吸收聚合物材料进行平面化(因为没有平面化步骤)。此外,纳米线具有较大增益介质(主动区/纳米线长度比率超过50%),具有15个堆栈的Qdisk有效地组合了大多数注入的载子,并在顶部自平面化聚结,从而增强载子重新组合。

在低成本和可扩展的硅基板上生长Q-disk的另一个好处是其使用渐变AlGaN层改进载子注入。研究人员希望这种方法还可以用于开发其他类型的纳米线组件。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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