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北京大学教授沈波:AlGaN基深紫外发光材料和器件技术进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-09-18   来源:中国半导体照明网  浏览次数:607
氮化物半导体是第三代半导体的典型代表,具有禁带变化范围宽、二维电子气密度高等一系列优异性质,是继Si和GaAs之后最重要的半导体材料。氮化物半导体在半导体照明、新一代移动通讯、新一代通用电源、雷达、新能源汽车等领域有重大应用,对国家产业升级、节能减排、国防安全具有战略意义。
 
在近日由长治市人民政府、国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)和山西云时代技术有限公司共同主办的“第二届紫外LED长治产业发展峰会”上,北京大学教授沈波分享了AlGaN基深紫外发光材料和器件趋势以及高质量外延生长和高效p型掺杂、AlGaN基DUV-LED器件研制等的技术进展。
 
氮化物半导体是全球高技术竞争的关键领域之一,美国等关键材料和芯片,以及重要技术上对我国实施禁运。我国政府高度重视,在“中国制造2025”和若干国家科技计划中,均把其列为重点方向。
氮化物半导体涉及蓝/白光LED、紫外LED,微波射频器件、功率电子器件等诸多应用,比如深紫外光源已用于日常生活、生产科研、国土安全等领域。
AlN和高Al组分AlGaN的固态紫外发光是不可替代的第三代半导体,现有的汞灯和气体激光器等气态紫外光源,汞污染、电压高、体积大、寿命短等劣势,并且联合国《关于汞的水俣公约》已经于2020年开始生效,将于2030年在全球彻底禁止汞的使用。
 
AlGaN基UV-LED是固态紫外光源,无汞污染、电压低、体积小、效率高、寿命长、利于集成。国内紫外LED市场发展预期方面,新冠疫情影响,杀菌消毒市场快速启动,预计2025年紫外LED光源市场规??纱?7-90亿元,未来五年年均复合增长率高达25%。预期2025年,UVC-LED出货量将达40亿颗以上,外延片和芯片需求~50万片。AlGaN基UV-LED面临的关键问题是AlN 和AlGaN 外延层中的位错密度和残留应变。
针对高质量外延生长和高效p型掺杂以及AlGaN基DUV-LED器件研制,沈波教授详细分享了最新的研究进展、方法与关键。其中,关于外延生长和p型掺杂涉及高质量AlN的外延生长、高内量子效率AlGaN基多量子阱的外延生长、高Al组分AlGaN的高效p型掺杂。由于异质外延和体系内部大失配、强极化的特性,AlN、高Al组分AlGaN及其量子结构的外延生长和DUV-LED研制依然面临一系列关键科学和技术问题。
 
报告中分享了发明的“小合拢区NPSS侧向外延”方法制备出高质量AlN外延层,AlN层XRD摇摆曲线半高宽为132 (002) /140(102) arcsec;在AlN/蓝宝石模板上外延生长出高质量AlGaN基多量子阱,发光波长276 nm,IQE达84%;发明“脱附控制超薄层外延”方法,制备出短周期超晶格结构p-AlGaN层, 空穴浓度达6.7×1018cm-3;开展了DUV-LED芯片研制,实现了发光波长276nm,光输出功率29mW@100mA的深紫外LED器件。
 
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