中科院宁波材料所AFM：横向极性结构AlGaN量子阱，增强紫外发光的有效途径(2)

近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所叶继春研究员和沙特..国王科技大学（KAUST）李晓航教授课题组（共同通讯作者）相关论文“Lateral‐Polarity Structure of AlGaN Quantum Wells: A Promising Approach to Enhancing the Ultraviolet Luminescence”发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上。第一作者为中科院宁波材料所的副研究员郭炜，KAUST的孙海定博士为共同一作。铝镓氮合金（Al x Ga 1-x N，0≤x≤1）可以发射覆盖从210到360nm的紫外光谱的光。但是，这些固态紫外光源发射器由于其效率低而未能完全承诺取代有毒和易碎的汞紫外灯。该研究展示了通过引入包含III和N极性畴的横向极性结构（LPS）来增强AlGaN多量子阱（MQW）的发光效率的一种新的方法。 LPS中增强的发光归因于表面粗糙化和N极性区域中的组份不均匀性。空间分辨内部量子效率（IQE）扫描图显示N极性区域和极性反转畴界面存在较高的IQE，很好地验证了LPS具有较高的辐射复合效率这一观点。通过对横向和纵向能带图的研究，理论模拟与实验观察结果非常吻合。这项工作表明，在基于AlGaN的MQW中引入横向极性结构可以提供前所未有的发光可调谐性，从而提升固态紫外光源的发光效率。

【图文解析】

图1 在热平衡情况下，在IDB附近的LPS的示意横向能带图。 a）费米能级表示为水平虚线。 b）极化强度对QWs内载波功能重叠和电场的影响。 c）QW和d）QB厚度对N极区域和IDB附近的载波功能重叠的影响。

图2 a）制造LPS MQW的示意性工艺流程。步骤（1）是实现图案化的LT-AlN缓冲剂的选择性RIE。步骤（2）是LPS在缓冲液顶部的外延生长，其中红色柱和半透明区分别代表III和N极性域。 b）用黑色实线表示缓冲区的MQW结构;红色和白色条纹分别表示III极和N极域。

图3 具有a，c）2μm和b，d）6μm周期性的生长的LPS MQW的图案化的LT-AlN缓冲液的AFM图像和俯视SEM图像。

图4 a）具有2μm周期性的样品的HAADF-STEM横截面图像。图（b）和（c）是来自（a）中标记的红色正方形的N和III极区域中MQW的高倍放大图。请注意，MQW在N极性域中具有摆动界面，而在III极性域中界面尖锐。原子分辨率d）N极性e）和III极性域的STEM图像。 f）在IDB附近的LPS的示意图，说明不同的表面形态。