通常，国际上将波长小于400nm的电磁波称为紫外线。其中，波长小于300 nm的深紫外即DUV波段，可以诱导DNA/RNA产生嘧啶二聚体妨碍DNA/RNA的复制，被认为是杀菌消毒的最佳波段。并且在目前全球流行的新冠疫情中，研究表明，仅需要10s的深紫外光照射，新冠病毒的灭活率能达到99.9%。因此，深紫外光源的重要性不言而喻，而AlGaN基深紫外LED具有波长可调、小巧便携、节能环保等诸多优点，已逐渐成为不可替代的新型紫外光源，同时也是国际前沿研究及产业应用的热点问题。
近日，由第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）、国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）联合主办，北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司与半导体产业网共同承办的第七届国际第三代半导体论坛暨第十八届中国国际半导体照明论坛（IFWS & SSLCHINA 2021）在深圳会展中心举行。
期间，“固态紫外材料与器件技术“论坛上，北京大学王柳冰做了题为“通过引入透明复合p型层和Ag纳米点/Al反射电极相结合提高深紫外LED的光提取效率”的主题报告。结合深紫外LED的研究背景，分享了兼顾深紫外LED电学特性和光学特性的技术手段，以及取得的研究成果。
报告指出，经过国内外课题组20多年的研究，目前AlGaN基深紫外LED性能已经得到明显的提升，但是深紫外LED的外量子效率仍处于很低的水平，报道的最高外量子效率仅有20.3%，但是普遍低于10%，相比于蓝光LED 高于80%的外量子效率来说，差距仍然很大。
深紫外LED的外量子效率由载流子注入效率、内量子效率和光提取效率三者共同决定，前两者国际上经过20多年的努力，目前都能做到80%的水准。然而在深紫外波段，光提取效率受到材料的吸收、偏振与折射率差异的限制。目前国际上没有很好的解决方法，普遍的光提取效率都低于10%，成为制约深紫外LED发光器件性能提升的关键瓶颈。其中针对顶部p-GaN层与p型接触电极吸收问题，国际上普遍采取的是反射思路。
用透明p-AlGaN层取代p-GaN层，并采用高反射电极，将量子阱向p区发射的光线反射到蓝宝石一侧提取。可以看到这样的解决思路，外量子效率有大幅的提升。但是由于透明p-AlGaN层上欧姆接触难以实现，导致器件电压很高！电学特性的恶化对于器件的长期工作是十分不利的。因此保证电学特性并提高深紫外LED的光提取效率十分必要。
针对提升光提取效率中，p-GaN层吸收紫外光与p-AlGaN层上形成欧姆接触困难的问题，研究设计了一种透明复合p型层结构，包括一层高透明p-AlGaN层和一层几纳米厚的p-GaN层。通过计算，将P-GaN的厚度从普遍采用的100nm减薄到10nm，就能使二次透光率提升70%，极大地减小了厚p-GaN层对深紫外光的强烈吸收，同时解决了p型欧姆接触困难的问题。
进一步，针对p型接触金属对深紫外光的吸收,设计了Ag 纳米点/Al 反射电极。Ag是与p-GaN形成欧姆接触常用的金属，但是Ag金属薄膜对深紫外光吸收强烈。我们利用Ag在一定温度下会团簇的特性，形成银纳米点降低占空比，增大透射率。未被Ag纳米点覆盖的区域通过深紫外波段反射率最高的Al金属实现光的反射。在保证欧姆接触形成的前提下，提高反射率。
基于以上讨论，兼顾深紫外LED的电学特性和光学特性，研究提出了一种新型器件结构，即通过引入透明复合p型层和Ag纳米点/Al反射电极制备出深紫外LED器件，并与传统的器件结构作对比，以此来验证我们提出的创新方法对于提升深紫外LED光提取效率的可行性。
研究结果显示，研究设计并实现了高透明复合p型层与Ag纳米点/Al电极相结合的新型深紫外LED结构，在保证电学性能的基础上提高了光提取效率。复合p型层包括一层高透明p-AlGaN层和几纳米厚的p-GaN层，分别作为空穴提供层和欧姆接触层；Ag纳米点实现欧姆接触，Al实现反射，反射率为69%，是传统Ni/Au电极的两倍多。基于该新型结构制备了发光波长为282.6 nm的DUV-LED，最大光输出功率和外量子效率为11.1 mW和1.76%，相较于传统Ni/Au电极结构的LED，分别提高了52%和58%。
（内容根据现场资料整理，如有出入敬请谅解）
