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编译服务: 集成电路设计 编译者: shenxiang 编译时间: Aug 2, 2018 浏 览 量: 1

AlGaN发光器件是一种很有前途的紫外线光源,以取代现有的紫外气体激光器和含有有毒物质(汞)的紫外线灯。然而,基于AlGaN的紫外发射器的性能是有限的,特别是高功率紫外激光二极管(低于330nm的发射)还没有被报道。此外,紫外激光二极管(>330nm)的阈值工作电压很高,由于注入效率不高,在高串联电阻激光模式下超过25V。

器件性能中的这些限制归因于几个因素,例如存在高密度缺陷(位错)和低效的富Al型AlGaN层的p型掺杂,以及现有器件方案缺乏有效的热耗散通道。因此,迫切需要一种新的设备方案。

AlGaN纳米线被发现是克服这些障碍的有前景的候选材料。与AlGaN外延薄膜层相比,因为与大的表面体积比相关的有效应变弛豫,无缺陷AlGaN纳米线可以直接生长在许多衬底(包括金属)上。金属或金属涂层的硅或蓝宝石衬底可以提供更好的散热通道,用于大电流操作。此外,由于更有效的镁(Mg)掺入和较低的活化能,p型纳米线(Si、Ge、GaN等)被认为具有相对低的电阻率。因此,发展由AlGaN 纳米线制成的紫外光源是一个让人非常感兴趣的研究领域。

近日,由沙特阿拉伯国王阿卜杜拉理工大学(KaSUT)的Haiding Sun, Xiaohang Li, Boon S Ooi等人领导的一个研究团队首次提出了一种新的无位错纳米线结构,其具有缓变折射率分限异质结构(GRANSCH)构型。研究人员在两个成分梯度的AlGaN层中嵌入一个活跃区域,即构成GRANSCH 二极管。

图1 制作的纳米线GRINSCH紫外发射器的3D示意图和GRANSCH和传统的p-i-n二极管的I-V曲线。

广泛的理论和实验工作表明,这种二极管具有优良的电气和光学性能。计算的电子能带图和载流子浓度表明,即使在没有故意掺杂的情况下,梯度AlGaN层中的电子和空穴浓度为1018/cm3的p-n结也能自动形成。与传统的Pi-N二极管相比,在GRANSCH二极管中实现了显著降低的6.5V(减小2.5V)和较小的串联电阻(16.7Ω)(减小了近四倍)。

这种电性能的改善主要归因于引入成分梯度的AlGaN层,由于极化诱导的N和P掺杂增强了电子和空穴的输运性质。此外,还证实了具有较大光学限制的更好的载流子分布(电子和空穴)。因此,研究人员相信GRANSCH二极管可以为开发固态UV光电器件、特别是未来的激光二极管提供一种非常规的途径

低缺陷/位错密度、低导通电压和小的片状电阻以及更好的散热通道是实现高性能III族氮化物基UV和可见光器件的关键先决条件。该研究团队所提出的设备方案具有:

(1)结构无位错;

(2)采用Ti/TaN双金属涂层Si衬底,效率降低;

(3)利用偏振诱导掺杂显著改善I-V特性;

(4)更好的载流子和光学约束(激光结构的关键)。

以前,这样的GRANSCH二极管配置已经成功地实现在常规III-基于VI(例如,GaAs,InP)激光二极管中,通过同时改善载流子注入和垂直光学模式限制。因此,具有GrRSCH结构的紫外激光二极管设计可以利用偏振增强p型掺杂,同时实现更好的载流子和光学模式限制。

  
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