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  • 北京大學許福軍、沈波團隊在高Al組分AlGaN的高效p型摻雜研究中獲重要進展

           深紫外LED器件因對新型冠狀病毒具有顯著的滅殺效果而成為面向人民生命健康的國家重大需求,高鋁組分鋁鎵氮(AlGaN)的高效p型摻雜是實現高性能深紫外LED器件的關鍵。然而,AlGaN中鎂(Mg)雜質離化能很大,成為實現其高效p型摻雜的核心難題。短周期超晶格技術路線能有效降低AlGaN中Mg雜質的離化能,并通過微帶有效提升載流子輸運性能;但是,短周期超晶格中微帶的形成要求可控制備亞納米厚度勢壘層,這對氮化物半導體的主流制備方法MOCVD外延技術是一個巨大挑戰。

    針對這一難題,北京大學物理學院凝聚態物理與材料物理研究所、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、寬禁帶半導體研究中心許福軍副教授、沈波教授團隊創新發展了一種“脫附控制超薄層外延”方法,成功實現了厚度為3個原子層(約為0.75 nm)的高Al組分AlGaN的可控外延(如圖)?;谠摲椒ㄖ苽涞膒型AlGaN 短周期超晶格(等效Al組分超過50%)中Mg受主離化能大幅度降低至17.5 meV,使得室溫空穴濃度達到8.1×1018 cm-3;同時亞納米超薄勢壘層保證了超晶格中微帶的形成,為空穴的縱向輸運提供了通道。將該p型AlGaN超晶格結構應用到發光波長280 nm的深紫外LED器件中,其載流子注入效率及光提取效率(配合高反射率p型電極)均得到顯著提升,100 mA下出光功率達到17.7 mW。

     

    2022年3月24日,相關研究成果以“亞納米超薄鋁鎵氮的制備及其在高效率摻雜中的應用”(Sub-nanometer ultrathin epitaxy of AlGaN and its application in efficient doping)為題在線發表于《光:科學與應用》(Light: Science & Applications)上。北京大學物理學院博士后王嘉銘和2014級博士研究生王明星為共同第一作者,許福軍和沈波為共同通訊作者;合作者包括人工微結構和介觀物理國家重點實驗室客座教授葛惟昆和寬禁帶半導體研究中心的部分老師和同學。

    上述研究工作到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。

    論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41377-022-00753-4

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