通常，國際上將波長小于400nm的電磁波稱為紫外線。其中，波長小于300 nm的深紫外即DUV波段，可以誘導DNA/RNA產生嘧啶二聚體妨礙DNA/RNA的復制，被認為是殺菌消毒的最佳波段。并且在目前全球流行的新冠疫情中，研究表明，僅需要10s的深紫外光照射，新冠病毒的滅活率能達到99.9%。因此，深紫外光源的重要性不言而喻，而AlGaN基深紫外LED具有波長可調、小巧便攜、節能環保等諸多優點，已逐漸成為不可替代的新型紫外光源，同時也是國際前沿研究及產業應用的熱點問題。

 

近日，由第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA）、國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）聯合主辦，北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司與半導體產業網共同承辦的第七屆國際第三代半導體論壇暨第十八屆中國國際半導體照明論壇（IFWS & SSLCHINA 2021）在深圳會展中心舉行。

期間，“固態紫外材料與器件技術“論壇上，北京大學王柳冰做了題為“通過引入透明復合p型層和Ag納米點/Al反射電極相結合提高深紫外LED的光提取效率”的主題報告。結合深紫外LED的研究背景，分享了兼顧深紫外LED電學特性和光學特性的技術手段，以及取得的研究成果。

 

報告指出，經過國內外課題組20多年的研究，目前AlGaN基深紫外LED性能已經得到明顯的提升，但是深紫外LED的外量子效率仍處于很低的水平，報道的最高外量子效率僅有20.3%，但是普遍低于10%，相比于藍光LED 高于80%的外量子效率來說，差距仍然很大。

 

深紫外LED的外量子效率由載流子注入效率、內量子效率和光提取效率三者共同決定，前兩者國際上經過20多年的努力，目前都能做到80%的水準。然而在深紫外波段，光提取效率受到材料的吸收、偏振與折射率差異的限制。目前國際上沒有很好的解決方法，普遍的光提取效率都低于10%，成為制約深紫外LED發光器件性能提升的關鍵瓶頸。其中針對頂部p-GaN層與p型接觸電極吸收問題，國際上普遍采取的是反射思路。

 

用透明p-AlGaN層取代p-GaN層，并采用高反射電極，將量子阱向p區發射的光線反射到藍寶石一側提取。可以看到這樣的解決思路，外量子效率有大幅的提升。但是由于透明p-AlGaN層上歐姆接觸難以實現，導致器件電壓很高！電學特性的惡化對于器件的長期工作是十分不利的。因此保證電學特性并提高深紫外LED的光提取效率十分必要。

 

針對提升光提取效率中，p-GaN層吸收紫外光與p-AlGaN層上形成歐姆接觸困難的問題，研究設計了一種透明復合p型層結構，包括一層高透明p-AlGaN層和一層幾納米厚的p-GaN層。通過計算，將P-GaN的厚度從普遍采用的100nm減薄到10nm，就能使二次透光率提升70%，極大地減小了厚p-GaN層對深紫外光的強烈吸收，同時解決了p型歐姆接觸困難的問題。

進一步，針對p型接觸金屬對深紫外光的吸收,設計了Ag 納米點/Al 反射電極。Ag是與p-GaN形成歐姆接觸常用的金屬，但是Ag金屬薄膜對深紫外光吸收強烈。我們利用Ag在一定溫度下會團簇的特性，形成銀納米點降低占空比，增大透射率。未被Ag納米點覆蓋的區域通過深紫外波段反射率最高的Al金屬實現光的反射。在保證歐姆接觸形成的前提下，提高反射率。

 

基于以上討論，兼顧深紫外LED的電學特性和光學特性，研究提出了一種新型器件結構，即通過引入透明復合p型層和Ag納米點/Al反射電極制備出深紫外LED器件，并與傳統的器件結構作對比，以此來驗證我們提出的創新方法對于提升深紫外LED光提取效率的可行性。

 

研究結果顯示，研究設計并實現了高透明復合p型層與Ag納米點/Al電極相結合的新型深紫外LED結構，在保證電學性能的基礎上提高了光提取效率。復合p型層包括一層高透明p-AlGaN層和幾納米厚的p-GaN層，分別作為空穴提供層和歐姆接觸層；Ag納米點實現歐姆接觸，Al實現反射，反射率為69%，是傳統Ni/Au電極的兩倍多。基于該新型結構制備了發光波長為282.6 nm的DUV-LED，最大光輸出功率和外量子效率為11.1 mW和1.76%，相較于傳統Ni/Au電極結構的LED，分別提高了52%和58%。

 

 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）