AlGaN基深紫外发光材料及器件研究.docx

AlGaN基深紫外发光材料及器件研究
AlGaN基深紫外发光材料及器件研究
摘要：深紫外（DUV）光源及其应用在生物、医疗、环保等领域近年来备受关注。AlGaN材料由于其较大的禁带宽度和优异的热稳定性，成为DUV光源的重要材料。本文综述了AlGaN基深紫外发光材料的制备、特性及器件研究进展。
关键词：AlGaN，深紫外，发光材料，器件研究
引言
深紫外光（DUV）是波长在200-300nm范围内的紫外光，由于其短波长和高光子能量，具有许多在生物、医疗、环保等领域中重要的应用。光致氧化处理、清洗、污染检测、药物研究等领域都需要可靠、高效、长寿命的DUV光源。
然而，传统的DUV光源如低压汞灯、高压氘灯等存在着许多缺点，如光谱宽度、短寿命、成本高等。近年来，广泛研究的AlGaN材料被认为是制备高质量的DUV发光材料的最有前途选择之一。
AlGaN材料具有较大的禁带宽度和优异的热稳定性，且AlN和GaN作为其组成部分，不具有毒性。因此，AlGaN材料在生物和环保领域中具有广泛的应用前景。同时，其他化合物材料如InGaN由于包含易挥发的In元素，容易引发材料的热失控和腐蚀问题，不利于应用建设。
材料制备
AlGaN材料以GaN为主体，掺入少量的铝元素制备而成。铝元素可以与氮原子取代氮空位，增加材料的禁带宽度，因此使AlGaN具有独特的发光特性。AlGaN材料的制备方法包括金属有机气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）、水热合成（HTS）等。
MOCVD方法可实现均匀度良好的薄膜生长，并提供可能更多的控制生长过程的参数。MBE方法以示科技量子束外延机器为例生长过的AlGaN多重量子阱平面性、光学特性得到了较好的控制。
HTS方法需要的条件相对容易，但制备过程中容易形成多晶体。目前，MOCVD方法是制备AlGaN深紫外发光材料相对简便、易于批量生产的方法，因而成为最主要的制备方法。
材料特性
AlGaN材料的禁带宽度随着铝含量的升高而增大，在220-280nm的紫外波段具有良好的发光性能。但AlGaN材料还有许多其它的特殊性质，包括热传导性、缺陷密度等，这些都使得AlGaN材料在制备DUV器件时具有其它材料无法比拟的优势。
热传导性是AlGaN材料的重要特性之一。由于AlGaN材料的热传导性能良好，可以大幅度降低器件的热失控问题，提高器件工作的可靠性和寿命。
缺陷密度是制约材料电学性能的一个重要因素。由于AlGaN材料的缺陷密度相对较低，可以降低器件的漏电流，提高器件的正向电流、辉度等。目前，AlGaN材料的缺陷密度已经提高到1E7/cm2以下，可以满足大规模产业化的需要。
AlGaN发光器件
AlGaN深紫外发光器件是以AlGaN材料为主体，利用其好的发光性能制备而成的。目前，AlGaN深紫外发光器件主要包括LED、LD、PD等，这些器件都具有一些明显的特点。
AlGaNLED（LightEmittingDiode）是一种光电半导体器件，其发光谱从260nm至300nm之间，具有较高的亮度和效率。AlGaNLD（LaserDiode）能够发射频率范围在200-310nm之间的极短波长激光。AlGaNPD（PhotoDiode）的波长范围在250-350nm之间，适合用于光电探测器、成像等领域。
结论
AlGaN材料由于其较大的禁带宽度和优异的热稳定性，在DUV领域具有广泛的应用前景。MOCVD方法生长的AlGaN深紫外发光材料具有较好的品质和均匀性，能够高效、稳定地制备DUV器件。目前，AlGaN深紫外发光器件主要包括LED、LD、PD等，可以广泛应用于光电探测、成像等领域。