四元电障层减少紫外光发光二极管的电流骤降

InAlGaN电障层以高电流密度增强紫外光LED输出

通过更换紫外光LED的电障层（从氮化铝镓(AlGaN)变为铟铝氮镓(InAlGaN)），一个台湾团队成功地在高驱动电流的组件效率下减小骤降效果。

工程师们在使用氮化铝镓电障层去制作出一般1mm×1mm，波长380纳米的发光二极管并且改变电障层组成（更换成铟铝氮镓(InAlGaN)）之后得出这个结论。常用的设计中，当电流从350mA加高到1000mA时，效率下降了34％，相比之下使用四元电障层后此一变量仅为13％。

来自于台湾“国立交通大学”、“国立中兴大学”和先进光电科技(AOT)的研究人员所开发的优越电障层能有助于提高紫外光LED的效率。LED磊晶结构在太阳日酸SR-4000 MOCVD的反应器中被沉积在蓝宝石(sapphire)基板上。这些结构的特点是ten-period多量子阱，对于这组件等级而言是一个典型的活化区域，根据主导者“国立交通大学”Po-Min Tu表示：“在低铟组成“需要制作紫外光LED”下，由于效率骤降，需要更多的量子阱以获得较好的复合率。“

该控制样本的活化区域由2.6nm厚的In0.025Ga0.975N阱和11.7nm厚硅掺杂Al0.08Ga0.92N电障层所组成。在抗低垂(droop combating)结构中，In0.0085Al0.112Ga0.8803N取代了三元电障层。为了在两种结构中要决定明确的阱和电障层的组成，研究人员采用了组合Bede D1双晶X射线衍射测量和使用动态衍射理论的仿真。

在将磊芯片处理成被封装在无环氧树脂(epoxy free)金属罐中的岛型(mesa type)芯片之后，研究人员用100 is脉冲以1％的工作周期驱动组件以防止自发热(self heating)。比起驱动电流分别控制在350mA和1000mA时，高于具有四元电障层产生的光输出功率25％和55％。为了了解使用InAlGaN电障层LED的优越效能，研究人员使用Crosslight的APSYS软件去仿真两个组件结构。该小组获得了良好的拟合实验数据，他们假设具有四元电障层的结构对电子产生更深的阱及对电洞有较浅的阱–为了控制LED及其具有四元电障层的变因，研究小组分别利用band offset比值为6：4和7:3。

两种LED结构的仿真显示出，四元电障层组件性能优越的背后原因是，在量子阱中电子和电洞浓度增加26%和35％，并且在整个活化区域有分布较广的载子。

Tu表示，在这些紫外光LED中低垂的主要原因在于不良的电洞分布。而且他认为，在低于100A/cm2的电流密度下，欧杰复合——一种涉及三载子的非辐射过程——并不是低垂的主要贡献者。

团队接下来的目标就是，运用他们的四元电障层在约365纳米波长的LED发光，适合于UV固化之应用。

图1：在具有三个2英寸晶圆能力的太阳日酸SR-4000的机台上制作LED结构

图2：TEM横截面照片显示，从氮化铝镓(AlGaN)电障层（左）转换制成氮化铝铟镓(AlInGaN)（右）不影响晶体质量