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四元阻擋層減少紫外光發光二極體之電流驟降

2011-9-21

四元阻擋層減少紫外光發光二極體之電流驟降

      InAlGaN阻擋層以高電流密度增強紫外光LED輸出

      藉由更換紫外光 LED的阻擋層從氮化鋁鎵 (AlGaN) 成為銦鋁氮鎵( InAlGaN),一個臺灣團隊成功地在高驅動電流的元件效率下減低驟降效果。

      工程師們在使用氮化鋁鎵阻擋層去製作出一般 1mm × 1mm,波長380 奈米的發光二極體並且只有改變阻擋層組成的一個變因,更換成銦鋁氮鎵( InAlGaN)之後得出這個結論。慣用的設計當電流從350 mA加高到1000 mA 時遭受了34% 效率下降,相較之下使用四元阻擋層的此一變數僅為 13%。

      來自于國立交通大學、國立中興大學和先進光電科技 (AOT) 的研究人員所開發的優越阻擋層能有助於提高紫外光LED的效率到成為有吸引力之空調候選人的程度。 LED 磊晶結構在太陽日酸SR - 4000 MOCVD的反應器中被沉積在藍寶石 (sapphire) 基板上。這些結構的特點是ten-period多量子阱,對於這元件等級而言是一個典型的活化區域,根據主導者國立交通大學Po-Min Tu 表示:“ 在低銦組成 [需要製作紫外光 LED] 下,由於效率遽降,需要更多的量子阱以獲得較好的複合率。“

      該控制樣本的活化區域由 2.6 nm厚的In0.025Ga0.975N阱和 11.7 nm厚,矽摻雜 Al0.08Ga0.92N阻擋層所組成。在抗低垂 (droop combating) 結構中,In0.0085Al0.112Ga0.8803N取代了三元阻擋層。為了在兩種結構中要決定明確的阱和阻擋層之組成,研究人員採用了組合Bede D1雙晶X射線衍射測量和使用動態衍射理論的模擬。

      在將磊晶片處理成被封裝在無環氧樹脂 (epoxy free) 金屬罐中的島型 (mesa type) 晶片之後,研究人員用100 is脈衝以 1% 的工作週期驅動元件以防止自發熱 (self heating)。比起驅動電流分別控制在 350 mA和1000 mA時,高於具有四元阻擋層產生的光輸出功率25%和55%。為了瞭解使用InAlGaN阻擋層LED的優越效能,研究人員使用Crosslight的APSYS軟體去模擬兩個元件結構。該小組獲得了良好的擬合實驗資料,他們假設具有四元阻擋層的結構對電子產生更深的阱及對電洞有較淺的阱 – 為了控制LED及其具有四元阻擋層的變因,研究小組分別利用band offset比值為 6:4和7 : 3。

      兩種 LED結構的模擬顯露出,具有四元阻擋層元件其性能優越的背後原因是,在量子阱中電子和電洞濃度增加 26% 和 35%,並且在整個活化區域有分佈較廣的載子。

      Tu 表示,在這些紫外光LED中低垂之主要原因在於不良的電洞分佈。而且他認為,在低於 100 A/cm2的電流密度下,歐傑複合 - 一種涉及三載子的非輻射過程 – 並不是低垂的主要貢獻者。

      團隊接下來的目標就是,運用他們的四元阻擋層在約 365奈米波長的LED發光,適合於UV固化之應用。

      


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