美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校（UCSB）。来源：UCSB
近期，美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校（UCSB）《ACS Photonics》杂志（ACS Photonics是一本经同行评审的月度科学期刊，由美国化学学学会于2014年1月创办）上发表了最新研究成果——在碳化硅（SiC）衬底上生长278nm深紫外LED（UVC，波长为100-280nm）的氮化镓（AlGaN）结构，研究人员使用了薄膜倒装芯片器件的表面粗糙处理，使发光效率（LEE）比表面光滑的LED高3倍[Burhan K. SaifAddin等人，在线发布于2020年1月27日]。
该研究团队指出：“能够以低TDD [线程位错密度]在SiC上生长AlGaN LED的能力开辟了制造具有高发光效率的高亮度，高功率UV LED的新方法。” 260-280nm的波长范围可通过破坏病原体的DNA和RNA分子来实现高效消毒。科研人员一直致力于与诸如Clostridium difficile (C. diff.)等抗药性细菌进行斗争，但是抗药性细菌使用化学方法很难杀死。相比之下，根据北卡罗莱纳大学的研究人员在2010年的数据，紫外线消毒可将Clostridium difficile (C. diff.)等细菌灭杀到30％。
由于多种种种原因，制造高效率的UVC LED一直比较困难。一直以来，UVC紫外光由于其带隙较窄而被SiC强烈吸收，因此通常使用蓝宝石衬底来制备UVC LED。但是，从另一方面来看，由于GaN与SiC晶格和热膨胀匹配更紧密，因此可以通过使用SiC来改善GaN UVC LED外延片的材料质量。
在c面（0001）晶体取向的硅面上的2英寸6H SiC上进行低压金属有机化学气相沉积。AlGaN层始于在1200°C和1000°C下逐步生长的3.2μmAlN缓冲液（图1）。通过1100nm的Al 0.80 Ga 0.20 N中间层降低Al含量，然后在1175℃下生长550nm的n-Al 0.60 Ga 0.40N。多量子阱（MQW）区域由四对2.7nm / 9nm Al 0.39 Ga 0.61 N / Al 0.60 Ga 0.40 N阱/势垒组成。该结构还包括AlGaN电子阻挡层（EBL）。
图1
AlN缓冲液是无裂纹的，这归因于“新型基材预处理”（在1250°C的氨/氢气中退火）和UCSB在2018年报告的多步3x（3D / 2D）生长过程。AlN缓冲液也实现了降低的螺纹位错密度约为 10 9 / cm 2。
研究人员使用原子探针层析成像（APT）来研究这种材料，该团队称这是该材料首次用于UV-LED结构。
然后将该材料制成TO-39接头中的薄膜倒装芯片器件。使用六氟化硫等离子体蚀刻去除了SiC生长衬底。该团队使用氢氧化钾溶液对翻转的AlN发光表面进行粗糙化处理，通过减少反射回LED材料的方式来增加光输出。另外，由于该材料正在吸收UV-C辐射，因此尽可能减小了p-GaN的厚度。估计这两种措施以及增加p接触的反射率，可使光滑表面器件的光提取效率提高3倍。
图2
在注入电流为95mA时，粗糙的UV-C LED具有7.6mW（82mW / mm 2）的光输出功率和1.8％的外部量子效率。斜率效率为89μW/ mA。开启电压为4.3V。研究小组声称，LEE估计为33％，是AlGaN LED的最高记录。
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