退火AlN模板有助于远紫外线LED

退火AlN模板上的远UVC LED，由于量子阱中的更大应变提供了更高的输出功率

实现在远UVC中发射的强大LED的一个巨大障碍是横向磁极化的主导地位，这阻碍了有效的光提取。但根据柏林一个团队最近的工作，可以通过在退火的AlN模板上引入压应变的AlGaN量子阱来克服这一问题。

柏林联邦理工学院和柏林技术大学的研究人员合作，利用这种方法生产出了在230 nm左右可提供几毫瓦CW输出的LED。这种来源为在深UV中发射的变体提供了一种有吸引力的替代品，可用于杀死细菌。

FBH Berlin的Arne Knauer解释道：“远UV对细菌的杀灭效果不如265 nm的LED。关键是265 nm对眼睛和皮肤有害，因此不能与在场的人一起使用。”将治疗移至230nm左右可确保光仅穿透皮肤的顶层。

来自柏林的团队并不是第一个利用菌株的优势来提高UVC LED的提取效率的团队。但双重退火AlN模板的使用是创新的。Knauer说，除了提供较低的位错密度（只有几个10⁸ cm^-2 ）外，双重退火的AlN模板还提供了小得多的a晶格常数，这确保了外延层中应变的大幅增加，从而导致更大的光提取。

Knauer和他的同事面临的挑战是在不引入新的位错来猝灭发光的情况下引入这种应变。他们在这项工作中取得了成功，该团队声称，在双重退火AlN模板上形成的LED的输出功率提高到了创纪录的水平。器件显示出光提取效率和内部量子效率两者的提高。

该团队的双重退火模板是通过以下方式形成的：在2英寸蓝宝石衬底上溅射0.4µm厚的AlN层；在1720 °C对这层薄膜进行退火，持续3小时；通过MOCVD沉积1.1mm的AlN；并在1720 °C对所得样品进行退火，持续5小时。

FBH Berlin的Sylvia Hagedorn正在努力优化双重退火AlN模板。Knauer评论道：“问题是位错还原过程与AlN中氧气的引入有关。这会产生缺陷，吸收LED的光并发出寄生发光。”

研究人员比较了生长在双重退火AlN模板上的远UV LED、一种将其与3µm厚的硅掺杂AlN过度生长层相结合的变体，以及仅由2µm厚的MOCVD生长的AlN组成的更简单的结构的性能。

在所有三个模板上，Knauer及其同事添加了LED异质结构，该异质结构具有500 nm厚的AlN缓冲层、875 nm厚的Al GaN n接触层、具有三个Al_0.76Ga_0.24N量子阱的有源区，以及有重p掺杂的30 nm厚的GaN覆盖的成分梯度AlGaN层。

这些测量结果表明，偏振度——定义为横向磁取向和横向电取向的强度之差，除以这两个强度之和——最有利于在具有双重退火模板的器件中发射远UVC。

这反映在50mA的CW输出功率中，在MOCVD生长的AlN模板上生长的232-233nm LED为0.28mW，生长在有和没有AlN MOCVD生长覆盖层的双重退火模板上的器件分别增加到了0.44mW和0.73mW。

Knauer说，该团队可以通过以下方式增加输出功率：用反射接触代替吸收p侧接触；通过引入纳米图案化蓝宝石来增加外耦合；处理微像素LED阵列。

上图：双重退火的AlN模板在远UVC LED的a和c方向（分别为（a）和（b））上提供了最有利的偏振度。

参考文献

A. Knauer et al. Appl. Phys. Lett 122 011102 (2023)

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