KAUST使用原子层蚀刻提升深紫外LED性能
AlGaN深紫外LED在杀菌消毒，水质净化，医学治疗，通信等多个领域拥有重要应用前景。相比于其他传统紫外光源（如汞灯），AlGaN深紫外LED在器件寿命、设备尺寸和环境保护等多方面具有明显优势，被广泛认为是未来主流的深紫外光源。然而，AlGaN深紫外LED仍然存在能效过低问题，限制了其全面取代传统紫外光源的能力。如何显著提升AlGaN深紫外LED的电插效率是学术和产业界共同关注的核心问题之一。
器件电阻是直接影响LED电插效率的重要参数。同时，高阻值引起的器件发热和温度上升也会显著降低LED的发光性能，恶化其外量子效率。由于材料功函数和载流子浓度等因素，富Al n型AlGaN相比于n-GaN和低Al n型AlGaN相比，实现低电阻率的的金半欧姆接触更为困难。同时，一旦富Al n型AlGaN表面暴露于离子刻蚀 （RIE），其欧姆接触性能可能会进一步恶化。对于AlGaN深紫外LED而言，其n-AlGaN Al组分通常高于百分之50。同时，为获得器件台面，离子刻蚀工艺难以避免，这使得n-AlGaN表面遭受离子损伤和接触性能的下降。
图一。样品 A 至 C 经过不同处理的制备示意图
在本研究中，KAUST先进半导体实验室采用原子层蚀刻（ALE）技术来消除台面蚀刻过程中产生的表面离子损伤，从而增强n-Al0.65Ga0.35N的欧姆接触。如图一与图二所示，RIE后的n-Al0.65Ga0.35N表面接触性能恶化，呈现肖特基特性。而经过ALE进一步处理的n-Al0.65Ga0.35N表面接触性能大幅提升。这表明ALE有效去除了表面损伤层并改变了表面状态，有利于欧姆接触的形成。通过后续XPS表面分析可论证这与表面N空位（深能级缺陷）的减少有关。
图二。(a) 具有 50 μm CTLM 间隙的样品 A-C 的 I-V 曲线。(b) 样品C的接触电阻率拟合。
图三。(a) 器件 A 至 D 的 I-V 曲线，(b) 两个相邻 n 接触点之间的 I-V 曲线，(c) 器件A和D的光谱以及 (d) 器件 A 和 D 的 电插效率 和输出功率。
进一步，研究人员将 ALE 工艺应用于 AlGaN深紫外LED的制造工艺。如图三所示，随着ALE处理的循环数由0增至50，125和200 (器件A至D)，LED的工作电压逐渐降低，在10mA电流下由8.3V下降至5.2V。膝点电压最低实现至4.95V。相比于未处理的器件A，经过200个循环ALE处理 （移除深度约为15 nm）的器件D电插效率为其1.74倍。同时由于更低的器件产热，在高电流注入下，器件D的发光功率和外量子效率相比于器件A也略有提升。
KAUST的研究人员表示，这项工作的意义不单在于LED器件性能的提升。更重要的是，它证明了 ALE 在去除离子损伤层方面的有效性。这将有利于提高未来涉及 RIE 工艺的其他电子和光电子器件的性能，例如 Micro-LED 和凹槽栅极晶体管。
原文源于公众号【雅时化合物半导体】
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