项目目标

      利用先进材料技术，解决技术瓶颈问题，提高UVC LED关键性能。

      基于自制高温MOCVD设备生长高质量表面光滑的高铝组分AlGaN材料，使所制备的AlGaN薄膜Al组分高于60%，晶体质量XRD值：FWHM(002) ≤250arcsec，FWHM(102) ≤450arcsec。其次，基于AlGaN P型掺杂和p-AlGaN欧姆接触研究，将UVC-LED芯片电压降至低于6V。

项目背景

      III族氮化物三元合金材料AlGaN是一种重要的光电子材料和光阴极材料，被广泛用于制备蓝光紫外光二极管和激光器、场效应晶体管、紫外探测器和高温电子器件。由于AlGaN薄膜衬底之间的晶格失配较大，又无法像GaN的生长一样通过3D生长释放应力，导致目前采用MOCVD设备生长高Al组分的AlGaN薄膜仍在很大的难度。如何获得高Al组分高质量表面光滑的AlGaN层仍需进一步的研究。另外，高Al组分AlGaN材料有大高禁带宽度，使得p型掺杂和电极接触制作的问题难以解决。

项目特色和创新点

1. 采用分子动力学理论模拟AlGaN的生长，研究Al/GaN比、五三比、温度等参数对晶体质量和表面形貌的影响。

2. 基于高温MOCVD，采用3D调制掺杂、delta掺杂和共掺杂等方式，通过调节生长温度、压力等参数，实现适用于UVC-LED的p-AlGaN。

3. P-AlGaN欧姆接触。利用对p-AlGaN表面氮化技术，减少本征氧化，从而提高表面势，降低空穴势垒，达到良好欧姆接触。

4. 设计适合UVC-LED的新型3D倒装通孔芯片结构，进一步增加芯片发光区域，提高光提取效率，同时设计出配套的电极结构。

项目成果

1.调整模拟参数得到无裂纹高质量AlN薄膜，提供AlGaN薄膜生长模板。（文章发表在Molecular Simulation）

2.分子动力学模拟与实验结合，在Al极性AlN衬底上得到光滑高质量AlGaN薄膜。（文章发表在Crystal）

3. 实验生长AlGaN薄膜：Al组分64%，边缘裂纹<3mm，厚度2微米，FWHM（002）= 180 arcsec，FWHM（102）= 438 arcsec。

4. 采用调制和delta掺杂配合的方式，得到p型AlGaN薄膜空穴浓度1.5×10¹⁷cm^-3，迁移率5.3 cm²/Vs。。

5. 采用Ni/Al/Ti/Au电极结构和优化退火参数，使欧姆接触比接触电阻率从10^-3降低到10^-5，UVC-LED芯片电压降低至5.9V。。