厦门大学蔡端俊:氯离子局域场驱动的快速除氢p型增强技术及深紫外LED效率提升

日期:2020-12-07 来源:第三代半导体产业网阅读:389
核心提示:由山西中科潞安紫外光电科技有限公司、中微半导体设备(上海)股份有限公司共同协办的“固态紫外器件技术分会”上,厦门大学教授蔡端俊带来了“氯离子局域场驱动的快速除氢p型增强技术及深紫外LED效率提升”的主题报告,分享了其研究成果。
 近三十年以来,在学术界与产业界不懈的努力下,AlGaN基深紫外LED的性能已经获得较显著的提升。但跟成熟的GaN基器件相比,目前AlGaN基的深紫外LED效率仍旧较低(<10%)。高导电性的p型AlGaN材料制作困难是制约深紫外LED电学、光学特性,以至效率进步的最为关键瓶颈之一。在氮化物材料体系外延过程中,氢杂质(H)容易与p型掺杂的镁受主(Mg)结合形成中性的Mg-H络合物,进而钝化Mg的受主活性,抑制器件的光电性能。对于深紫外LED而言,改善高Al组分AlGaN的p型导电性仍然是一个十分紧迫,但也极具挑战性的难题。
 
近日,由国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)与第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)主办,南方科技大学微电子学院与北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司共同承办的第十七届中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA 2020)暨2020国际第三代半导体论坛(IFWS 2020)在深圳会展中心召开。
 
期间,由山西中科潞安紫外光电科技有限公司、中微半导体设备(上海)股份有限公司共同协办的“固态紫外器件技术分会”上,厦门大学教授蔡端俊带来了“氯离子局域场驱动的快速除氢p型增强技术及深紫外LED效率提升”的主题报告,分享了其研究成果。
蔡端俊
 
研究提出了一种氯离子局域电场驱动的新型高效除氢及p型增强技术,通过外加电场方式在AlGaN外延层表面吸聚高浓度氯离子层,进行快速局域氢移除,可有效增强p型AlGaN导电性,进而有效提升深紫外LED的发光效率。
首先,第一性原理模拟计算表明,外加电场可以促进Mg-H络合物的断裂(图1a,b)。特别是在定向电场力的驱动下,独立的H+离子可以快速地扩散/漂移至晶圆表面,最终离开晶圆。从这个概念出发,进一步提出可在AlGaN表面吸附氯离子层来构建用于除氢的局域电场。
 
如图1c所示,氯离子局域场引起的能带弯曲可以驱动H+离子扩散/漂移至表面,并最终离开AlGaN。基于第一性原理的结果,我们自行设计搭建三电极系统,采用氯离子电解液,在AlGaN外延片的表面上有效吸聚氯离子层(图1d)。
 
结果表明,对于p型AlGaN外延片,经过氯离子局域场处理后,氢杂质浓度降低了52.5%(图1e)。随着氢杂质的减少,更多的Mg受主可被有效激活。
 
因此,p型AlGaN的电流得到极大提升,并且电阻率明显降低(图1f)。我们进一步将电场除氢技术应用于深紫外LED外延片(图1g)。
 
如图1h所示,经过电场处理之后,深紫外LED的发光功率明显提高,增强幅度最大可达32%。此种新型电场激活技术也可以应用于其他氮化物、甚至其他材料的半导体体系,除去不利的钝化点缺陷,并提高器件的光电性能。
 
蔡端俊,一直是氮化物半导体,生物物理学,纳米科学和纳米技术的先驱,他提出了用于深紫外LED的AlGaN新型异质结构,基于AES的非接触电表征方法,萤火虫生色团的生物异质结的原始概念,超细和超长Cu纳米丝作为透明电极的合成以及单层的超大尺寸增长 h-BN膜。他是美国物理学会,美国生物物理学会,美国化学学会和P.R.C.半导体学会的成员。他在同行评审的期刊和国际会议上发表了80多篇论文,并且是40多项专利的主要发明者。
 
(内容根据现场资料整理,如有出入敬请谅解)
打赏
联系客服 投诉反馈  顶部