美國加利福尼亞大學聖芭芭拉分校（UCSB）。來源：UCSB
近期，美國加利福尼亞大學聖芭芭拉分校（UCSB）《ACS Photonics》雜誌（ACS Photonics是一本經同行評審的月度科學期刊，由美國化學學學會於2014年1月創辦）上發表了最新研究成果——在碳化硅（SiC）襯底上生長278nm深紫外LED（UVC，波長為100-280nm）的氮化鎵（AlGaN）結構，研究人員使用了薄膜倒裝芯片器件的表面粗糙處理，使發光效率（LEE）比表面光滑的LED高3倍[Burhan K. SaifAddin等人，在線發佈於2020年1月27日]。
該研究團隊指出：“能夠以低TDD [線程位錯密度]在SiC上生長AlGaN LED的能力開闢了製造具有高發光效率的高亮度，高功率UV LED的新方法。” 260-280nm的波長範圍可通過破壞病原體的DNA和RNA分子來實現高效消毒。科研人員一直致力於與諸如Clostridium difficile (C. diff.)等抗藥性細菌進行鬥爭，但是抗藥性細菌使用化學方法很難殺死。相比之下，根據北卡羅萊納大學的研究人員在2010年的數據，紫外線消毒可將Clostridium difficile (C. diff.)等細菌滅殺到30％。
由於多種種種原因，製造高效率的UVC LED一直比較困難。一直以來，UVC紫外光由於其帶隙較窄而被SiC強烈吸收，因此通常使用藍寶石襯底來製備UVC LED。但是，從另一方面來看，由於GaN與SiC晶格和熱膨脹匹配更緊密，因此可以通過使用SiC來改善GaN UVC LED外延片的材料質量。
在c面（0001）晶體取向的硅面上的2英寸6H SiC上進行低壓金屬有機化學氣相沉積。AlGaN層始於在1200°C和1000°C下逐步生長的3.2μmAlN緩衝液（圖1）。通過1100nm的Al 0.80 Ga 0.20 N中間層降低Al含量，然後在1175℃下生長550nm的n-Al 0.60 Ga 0.40N。多量子阱（MQW）區域由四對2.7nm / 9nm Al 0.39 Ga 0.61 N / Al 0.60 Ga 0.40 N阱/勢壘組成。該結構還包括AlGaN電子阻擋層（EBL）。
圖1
AlN緩衝液是無裂紋的，這歸因於“新型基材預處理”（在1250°C的氨/氫氣中退火）和UCSB在2018年報告的多步3x（3D / 2D）生長過程。AlN緩衝液也實現了降低的螺紋位錯密度約為 10 9 / cm 2。
研究人員使用原子探針層析成像（APT）來研究這種材料，該團隊稱這是該材料首次用於UV-LED結構。
然後將該材料製成TO-39接頭中的薄膜倒裝芯片器件。使用六氟化硫等離子體蝕刻去除了SiC生長襯底。該團隊使用氫氧化鉀溶液對翻轉的AlN發光表面進行粗糙化處理，通過減少反射回LED材料的方式來增加光輸出。另外，由於該材料正在吸收UV-C輻射，因此儘可能減小了p-GaN的厚度。估計這兩種措施以及增加p接觸的反射率，可使光滑表面器件的光提取效率提高3倍。
圖2
在注入電流為95mA時，粗糙的UV-C LED具有7.6mW（82mW / mm 2）的光輸出功率和1.8％的外部量子效率。斜率效率為89μW/ mA。開啟電壓為4.3V。研究小組聲稱，LEE估計為33％，是AlGaN LED的最高記錄。
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