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我国紫外LED电源技术获新突破 内量子效率达到破纪录的90%以上

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作者:刘

UVLED虽然在太阳光中能量占比仅5%,但却广泛运用于人类日子。现在紫外光运用包括UV印刷固化、钱币防伪、皮肤病医治、植物成长光照、损坏微生物如细菌、病毒等分子结构,因此广泛运用于空气灭菌、水体净化和固体外表除菌消毒等领域。但是运用这类器械例如UV印刷固化这类设备会运用到大功率电源,针对这种电源我们功芯技为此研发只用于这类设备的紫光电源。


大功率电源


传统的紫外光源一般是选用汞蒸气放电的激发态来发生紫外线,有着功耗高、发热量大、寿命短、反应慢、有安全隐患等许多缺点。新式的深紫外光源则选用发光二极管发光原理,相对于传统的汞灯具有许多的长处。其间最为重要优势的在于其不含有毒汞元素。跟着《水俣条约》的实施,标志着2020年间将全面禁止含有汞元素紫外灯的运用,因此如何才能开宣告一种全新的环保、高效紫外光源,成为了摆在人们面前的一项重要应战.


而根据宽禁带半导体资料的深紫外发光二极管成为了这一新运用的不二选择。这一全固态光源系统体积小、功率高,寿命长,仅仅是拇指盖大小的芯片,就可以宣告比汞灯还要强的紫外光。这其间的奥妙主要取决于III族氮化物这一种直接带隙半导体资料:导带上的电子与价带上的空穴复合,然后发生光子。而光子的能量则取决于资料的禁带宽度,科学家们则可以经过调度AlGaN这种三元化合物中的元素组分,精细地结束不同波长的发光。可是,要想结束紫外LED的高效发光并不总是那么简单。研讨者们发现,当电子和空穴复合时,并不总是一定发生光子,这一功率被称之为内量子功率。


中国科学技术大学微电子学院孙海定和龙世兵课题组和中国科学院宁波资料所郭炜和叶继春课题组发现,为了前进紫外LED的IQE数值,可以经过AlGaN资料成长的衬底--蓝宝石,也就是Al2O3的斜切角调控来结束,研讨人员发现,当前进衬底的斜切角时,紫外LED内部的位错得到显着抑制,器件发光强度显着前进。当斜切角衬底抵达4度时,器件荧光光谱的强度前进了一个数量级,而内量子功率也抵达了破纪录的90%以上。


与传统紫外LED结构不同的是,这一种新式结构内部的发光层--即多层量子阱(MQW)内势阱和势垒的厚度并不是均匀的。借助于高分辩透射电子显微镜,研讨人员得以在微观标准分析仅仅只需几纳米的量子阱结构。研讨标明,在衬底的台阶处,镓(Ga)原子会呈现集合现象,这导致了部分的能带变窄,而且跟着薄膜的成长,富Ga和富Al的区域会一向延伸至DUV LED的外表,而且在三维空间内呈现曲解、弯折,构成三维的多量子阱结构。


研讨者们称这一特别的现象为:Al,Ga元素的相别离和载流子局域化现象。值得指出的是,在铟镓氮(InGaN)基的蓝光LED系统中,In因为和Ga并不100%互溶,导致资料内部呈现富In和富Ga的区域,然后发生局域态,促进的载流子的辐射复合。但在AlGaN资料系统中,Al和Ga的相别离却很少见到。而此作业的重要意义之一就在于人为调度资料的成长方式,促进相别离,并因此大大改进了器件的发光特性。


经过在4度斜切角衬底上优化外延成长调度,研讨人员探索到了一种最佳的DUV LED结构。该结构的载流子寿命超过了1.60 ns,而传统器件中这一数值一般都低于1ns。进一步测验芯片的发光功率,科研人员发现其紫外发光功率比传统根据0.2度斜切角衬底的器件强2倍之多。这更加确信无疑地证明了,AlGaN资料可以结束有用的相别离和载流子局域化现象。除此之外,试验人员还经过理论核算模拟了AlGaN 多量子阱内部的相别离现象以及势阱、势垒厚度不均一性对发光强度和波长的影响,理论核算与试验结束了非常契合。


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