以二維P型氮化硼提高深紫外LED的效能

本計畫欲將主持實驗室新開發的高穿透、高導電p型氮化硼(p-type boron nitride, p-BN)，應用在波長為260-nm的UVC LED，取代當前普遍使用的p型AlGaN，希望解決p型AlGaN無法兼顧穿透率與導電度的難題。當UV LED的發光波長短於300 nm時，其外部量子效率大多低於10%。主因是AlGaN的p型摻雜效率很低，讓電洞無法有效注入量子井，難以產生足夠的光子。若要提高p型摻雜效率，必須降低AlGaN的Al含量，以降低能隙(Eg)來提高電洞的活化能。然而，當p型AlGaN的Eg降低時，會吸收量子井發出的紫外光，犧牲了元件的發光效率。因此p型AlGaN很難同時滿足高導電、高穿透的要求。 p-BN是一種二維材料，類似石墨，但它的能隙很大，接近AlN的6.1 eV，而且p-BN的電洞活化能最低僅約30 meV，遠低於AlN的510 meV。換言之，p-BN是極少數具備高穿透、高導電的半導體，有潛力取代p型AlGaN。 本團隊從2017年六月開始以MOCVD成長p-BN磊晶層，對這種獨特的材料已有初步了解。目前，本團隊成長的p-BN在220 nm以上的波長範圍，可維持80 %以上的穿透率。而且，霍爾量測顯示p-BN的電洞濃度超過1E18 /cm3、片電阻低達1200 ohm/sq。這些結果符合文獻紀載，顯示p-BN具備高穿透、高導電的特性。我們計畫將這種新材料，應用在260-nm的UVC LED，並持續優化p-BN在元件上的光電效能，希望能為UVC LED開發出新的p型半導體。