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用于远紫外LED的MBE
2023/11/17 9:25:52 材料来源：雅时
150 mm蓝宝石衬底是通过MBE大批量生产远紫外LED的理想平台
Silanna UV表示，虽然MOCVD是生产远紫外LED最常见的生长方法，但MBE也能大批高产地生产这些器件。
Silanna UV是一家澳大利亚公司，其使用Veeco GEN200 MBE工具在蓝宝石衬底上生产出基于GaN的150 mm外延片，并通过这些外延片制造出10000多个功能器件。封装后，这些远紫外LED效率达到峰值时可产生1.7 mW的输出功率，使用寿命长达数千小时。
对消毒和灭菌光源而言，Silanna UV的器件是理想候选器件。这类LED的发射波长低于240 nm，其辐射对皮肤最外层的穿透力极小，确保暴露于辐射时致癌风险降低。此外，该公司的远紫外LED可用于传感和高效液相色谱法。
这些远紫外LED是在商用150 mm蓝宝石衬底上制造的，而蓝宝石衬底在Veeco GEN200中生长前要先进行脱气。
Silanna UV器件集成高级工程师Jordan Nichols说：“Veeco GEN200平台是一个双室系统，因此我们能够满足当前需求。”据他透露，随着需求增长，该公司专门建造了外延厂来扩大产能。
为了形成这类LED的外延结构，Silanna UV的工程师先沉积400 nm厚的AlN缓冲层，然后是四个不同的超晶格，最后是p型GaN层（见图）。复合区域的超晶格厚约80 nm，具有36个周期，层宽可根据目标波长进行调整，其中目标波长的范围为229 nm到240 nm。
Jordan Nichols说：“波长较短的器件输出功率较低。我们的LED可以帮助客户选择合适的输出功率和波长，以满足他们的应用需求。”
在有源区使用短周期超晶格的一个优点是，这种带状结构可促进横向电发射，从而提高光提取效率。与远紫外LED的传统量子阱区相比，这种形式的有源区还能降低掺杂剂电离能，从而降低电阻率。
为了改善器件核心的空穴注入，Silanna UV在p型GaN层和有源区之间插入了一个线性调频超晶格。这种线性调频超晶格还可作为电子阻挡层，防止电子越过复合区。
Silanna UV采用标准光刻工艺和金属化工艺在其外延片上生产LED。通过干法蚀刻形成网格后，Ti/Al触点沉积形成电触点。添加标准钝化层后，该公司的工程师可使用积分球进行晶圆级光电测量。
针对以20 mA电流驱动的10000多个单独LED，记录了晶圆级电致发光光谱图。这些器件的发光波长约为233 nm，晶圆中间100 mm处器件的波长峰值标准偏差仅为0.16 nm，平均光功率为0.2 W。
Jordan Nichols及其同事将外延片上1 mm乘 1 mm的器件切割成小块，将衬底减薄至275 mm并抛光，然后将裸片倒装接合到AlN陶瓷封装上，从而生产出了封装LED。这些器件在50 mA电流下的电光转换效率峰值为0.55%。将电流增至1 A时，输出功率攀升至17.4 mW，据称，对蓝宝石上生长的远紫外LED而言，这是最高的辐射通量。
对以20 mA电流驱动的80个封装器件进行寿命测试，结果表明，根据辐射通量下降到初始值70%所需的时间计算，远紫外LED的寿命为2800小时。
该团队的目标包括使远紫外LED的输出功率更高、波长更长。
参考文献
J. Nicholls et al. Appl. Phys Lett. 123 051105 (2023)
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