以高導電、高穿透之P型Al0.5Ga0.5N提升280-nm UVC LED 的效能

本計畫延續過去中央光電與泰谷公司的合作關係，希望將 283-nm UVC LED 的輸出功率由 2.12 mW 提升至5 mW 以上。 UV LED有兩個重要的技術瓶頸：一為高品質的AlN磊晶層；一為高穿透、高導電的p型AlGaN。本團隊在2016～2017的產學計畫中，已利用新式的磊晶技術突破第一項瓶頸，此磊晶技術可得到低成本、高品質的AlN磊晶層，並已導入泰谷公司的磊晶系統。相對於第一項技術瓶頸，第二項技術瓶頸的困難度更高，這是因為高能隙半導體的p型摻雜效率非常低，在電洞無法有效注入量子井的情況下，UVC LED很難產生足夠的光子。若要提高p型摻雜效率，必須降低AlGaN的鋁含量，以降低能隙來提高電洞的活化能，然而，當p型AlGaN的能隙降低時，會吸收量子井發出的UV光，犧牲了元件的發光效率。換言之，p型AlGaN很難同時達到高導電、高穿透的要求，這也是目前UVC LED的外部量子效率很難超過10%的主因之一。 為了突破第二項瓶頸，我們將以新開發的氣流中斷技術，成長AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格結構，並搭配Ni/Al為基礎的金屬電極，產生高導電、高穿透的p型Al0.5Ga0.5N磊晶層。以氣流中斷法成長的超晶格結構，可有效提升鎂離子(p型摻雜)與五族(氮)離子的結合效率，讓電洞更容易產生。此外，許多研究也顯示：以Ni/Al為底的p型金屬電極，可有效提升覆晶型UVC LED的光翠取效率。然而，超晶格結構與Ni/Al金屬的結合，還有許多需要克服的挑戰，如：金屬與磊晶層之間的高接觸電阻。我們希望以一年的時間，解決這些難題，將p型Al0.5Ga0.5N磊晶層整合至UVC LED的元件結構，提升元件的輸出功率。