本周《漲知識啦》主要給大家介紹的是深紫外發光二極管中的電流擁擠效應。目前深紫外發光二極管（DUV LED）主要采用倒裝結構來降低紫外光自吸收的問題，所以芯片的p-型電極焊盤和n-型電極焊盤只能制備在外延片表面的同一側，常見器件結構及等效電路如圖1所示。

由于電流擴展層（CL）的厚度遠小于n型AlGaN層的厚度，所以CL層的橫向電阻RCL大于n型AlGaN層的橫向電阻Rn，也就是說電流J1通過p-型電極焊盤下方的路徑時受到的阻力遠小于電流Jn受到的阻力，導致器件內部產生電流擁擠效應， 即p型電極焊盤下方的電流密度大于靠近n型電極焊盤所在臺面邊緣的地方。

此外，高Al組分的p型AlGaN材料的Mg雜質電離能較高，導致p-AlGaN區域的空穴濃度過低，降低了器件p型區域的電導率，進一步加劇DUV LED內部的電流擁擠效應。電流擁擠效應會使器件局部區域的載流子濃度降低，這就意味著注入到有源區中的電子-空穴對產生的輻射復合率降低，最終影響器件的發光性能。

同時，電流擁擠效應還會增加DUV LED的正向工作電壓，致使器件結溫升高，造成效率衰減，影響器件壽命。

圖1.AlGaN基DUV LED剖面結構示意圖，其中電流J1至Jn代表從p型電極焊盤到n型電極焊盤的電流傳輸路徑。

為改善電流擁擠效應，需要使電流在整個器件中均勻擴展，這主要有兩種解決方法：

一是通過優化電極幾何形狀（例如采用X型電極、H型電極和叉指電極等圖形化的電極），改變電流傳輸路徑，參考圖2；

圖2.AlGaN基DUV LED中不同電極形狀下電流密度分布示意圖。

二是調控器件內部電導率，盡量使J1和Jn的電流值大小接近。為平衡DUV LED中p型區域和n型區域的阻值，我司技術團隊借助Crosslight公司先進的半導體器件設計平臺設計了具有內嵌PN結的器件結構，并通過器件的制備與表征進行了驗證。

如圖3所示，技術團隊通過在DUV LED的空穴注入層中增加p-AlGaN/n-AlGaN/p-AlGaN（PNP-AlGaN）結，有效地改善了器件內部的空穴載流子分布，進而提高了有源區中的空穴濃度，但在DUV LED正常工作狀態下，p型區增加的n-AlGaN/p-AlGaN結處于反偏狀態，因此需要合理設計n-AlGaN插入層的參數避免形成阻礙空穴注入的電流阻擋層，例如通過改變n-AlGaN插入層中Al組分、厚度、摻雜濃度以及p-AlGaN/n-AlGaN/p-AlGaN結的個數調控DUV LED的電流分布情況。

除此之外，還可以通過將高Al組分n-AlGaN層插入到電子注入層中增加DUV LED的縱向電阻，進而實現器件的橫向電流擴展。

圖3.具有PNP-AlGaN結的DUV LED的（a）器件結構示意圖和（b）能帶結構示意圖；傳統DUV LED和具有PNP-AlGaN結的DUV LED的（c）橫向空穴濃度分布圖和（d）有源區中的空穴濃度分布圖。

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