電流擁擠效應(yīng)對(duì)深紫外發(fā)光二極管光電性能的影響

本周《漲知識(shí)啦》主要給大家介紹的是深紫外發(fā)光二極管中的電流擁擠效應(yīng)。目前深紫外發(fā)光二極管（DUV LED）主要采用倒裝結(jié)構(gòu)來降低紫外光自吸收的問題，所以芯片的p-型電極焊盤和n-型電極焊盤只能制備在外延片表面的同一側(cè)，常見器件結(jié)構(gòu)及等效電路如圖1所示。

由于電流擴(kuò)展層（CL）的厚度遠(yuǎn)小于n型AlGaN層的厚度，所以CL層的橫向電阻RCL大于n型AlGaN層的橫向電阻Rn，也就是說電流J1通過p-型電極焊盤下方的路徑時(shí)受到的阻力遠(yuǎn)小于電流Jn受到的阻力，導(dǎo)致器件內(nèi)部產(chǎn)生電流擁擠效應(yīng)， 即p型電極焊盤下方的電流密度大于靠近n型電極焊盤所在臺(tái)面邊緣的地方。

此外，高Al組分的p型AlGaN材料的Mg雜質(zhì)電離能較高，導(dǎo)致p-AlGaN區(qū)域的空穴濃度過低，降低了器件p型區(qū)域的電導(dǎo)率，進(jìn)一步加劇DUV LED內(nèi)部的電流擁擠效應(yīng)。電流擁擠效應(yīng)會(huì)使器件局部區(qū)域的載流子濃度降低，這就意味著注入到有源區(qū)中的電子-空穴對(duì)產(chǎn)生的輻射復(fù)合率降低，最終影響器件的發(fā)光性能。

同時(shí)，電流擁擠效應(yīng)還會(huì)增加DUV LED的正向工作電壓，致使器件結(jié)溫升高，造成效率衰減，影響器件壽命。

圖1.AlGaN基DUV LED剖面結(jié)構(gòu)示意圖，其中電流J1至Jn代表從p型電極焊盤到n型電極焊盤的電流傳輸路徑。

為改善電流擁擠效應(yīng)，需要使電流在整個(gè)器件中均勻擴(kuò)展，這主要有兩種解決方法：

一是通過優(yōu)化電極幾何形狀（例如采用X型電極、H型電極和叉指電極等圖形化的電極），改變電流傳輸路徑，參考圖2；

圖2.AlGaN基DUV LED中不同電極形狀下電流密度分布示意圖。

二是調(diào)控器件內(nèi)部電導(dǎo)率，盡量使J1和Jn的電流值大小接近。為平衡DUV LED中p型區(qū)域和n型區(qū)域的阻值，我司技術(shù)團(tuán)隊(duì)借助Crosslight公司先進(jìn)的半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)了具有內(nèi)嵌PN結(jié)的器件結(jié)構(gòu)，并通過器件的制備與表征進(jìn)行了驗(yàn)證。

如圖3所示，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過在DUV LED的空穴注入層中增加p-AlGaN/n-AlGaN/p-AlGaN（PNP-AlGaN）結(jié)，有效地改善了器件內(nèi)部的空穴載流子分布，進(jìn)而提高了有源區(qū)中的空穴濃度，但在DUV LED正常工作狀態(tài)下，p型區(qū)增加的n-AlGaN/p-AlGaN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此需要合理設(shè)計(jì)n-AlGaN插入層的參數(shù)避免形成阻礙空穴注入的電流阻擋層，例如通過改變n-AlGaN插入層中Al組分、厚度、摻雜濃度以及p-AlGaN/n-AlGaN/p-AlGaN結(jié)的個(gè)數(shù)調(diào)控DUV LED的電流分布情況。

除此之外，還可以通過將高Al組分n-AlGaN層插入到電子注入層中增加DUV LED的縱向電阻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)器件的橫向電流擴(kuò)展。

圖3.具有PNP-AlGaN結(jié)的DUV LED的（a）器件結(jié)構(gòu)示意圖和（b）能帶結(jié)構(gòu)示意圖；傳統(tǒng)DUV LED和具有PNP-AlGaN結(jié)的DUV LED的（c）橫向空穴濃度分布圖和（d）有源區(qū)中的空穴濃度分布圖。

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