싱글 칩 집성 광 전 증 가 변환기 의 반도체 딥 자외선 발광 다이오드 칩

천 장 청, 강남 연구개 발 팀 은 처음으로 p - i - n 의 탐측 구조 단편 을 딥 자외선 LED 칩 에 통합 시 켜 캐리어 순환 주입, 광 배가 확대 기능 을 실현 하여 21.6% 라 는 국제 최고 전광 변환 효율 치 를 얻 었 다.

최신 딥 자외선 레이저

천 장 청, 강남 연구개 발 팀 최초 로 초 박 AlN / GaN 멀 티 플 렉 스 월 드 를 딥 자외선 레이저 의 유 소스 구역 으로 실 온 광 격려 하 피크 길이 249 nm 의 횡 전 모 (TE) 가 발사 되 는 현상 을 실 현 했 습 니 다. 문턱 값 전력 밀 도 는 190 kw / cm 입 니 다.²。

장기간 동안 반도체 딥 자 외 LED 기술 은 광범 위 하 게 좋 은 평 가 를 받 았 으 나 광 전 변환 효율 이 10% 를 돌파 하지 못 해 상업 화 응용 초급 단계 에서 헤 매 고 앞으로 나 아가 기 어렵 고 에너지 절약, 친 환경, 휴대, 수명 이 길 기 때문에 의료 용 광 치료, 살균 소독, 공기 정화, 비밀 통신, 가스 검 측 에 광범 위 하 게 응용 할 수 있 는 시장 잠재력 을 방출 할 수 없다.

이와 관련 해 일본 이화 학 연구소 H. Hirayama 연구 팀, 독일 베를린 공업 대학 C. Kuhn 연구 팀 은 전자 장벽 층 으로 전자의 유출 을 억제 하고 P 형 알루미늄 갈륨, 질소 층 을 대체 하여 구멍 의 주입 효율 을 높이 는 등 다양한 방식 으로 획기적 인 진전 을 이 루 지 못 했다 고 밝 힌 바 있다.

천 장 청 · 강남 팀 의 이번 연구 성과 로 이 국제 적 난제 를 해결 하 였 다

싱글 칩 통합 기술 은 두 개 이상 의 부속품 이나 기능 구 조 를 하나의 칩 에 통합 시 키 고 이들 의 상호작용 을 이용 하여 장비 의 성능 을 향상 시킨다.본질 적 으로 이런 시스템 급 의 혁신 은 새로운 부속품 환경 을 구축 하고 '영상 시스템' 을 실현 할 수 있다.천 장 청, 강남 과학 연구 팀 은 단편 집적 기술 을 도입 하 는 새로운 방향 을 제시 하여 p - i - n 질화 갈륨 탐지 구 조 를 원 위치 에서 딥 자외선 LED 외연 구조 에서 성장 (MPC - DUV LED: Monolithic integration of deep ultraviolet LED) 하여 캐리어 순환 주입, 광 배가 확대 기능 을 가 진 칩 부품 을 실현 한다.

천 장 청, 데 이 강남 팀 은 장시간 의 조사 와 탐색 을 통 해 p - i - n 의 탐측 구 조 를 딥 자외선 LED 칩 에 혁신 적 으로 적용 하여 퀘 이 크 월 드 유 소스 에서 발사 한 280 nm 이하 의 깊 은 자외선 을 흡수 하여 새로운 전자 구멍 쌍 으로 전환 할 수 있 습 니 다.게다가 고 전압 의 작용 하에 발생 하 는 전자 구멍 은 분리 되 고, 구멍 캐리어 는 전장 작용 하에 퀘 이 크 월 드 방향 으로 이동 하여 다시 퀘 이 크 월 드 에 주입 합 니 다.

연구 결과 에 따 르 면 소전 류 에서 전통 적 인 DUV LED 칩 은 전류 구동 의 작업 모델 로 그 출력 은 선형 성장 을 보 였 다.이와 달리 MPC - DuV LED 칩 은 전압 구동 작업 모델 로 그 출력 은 지수 형 성장 을 보인다.

A 점 에 해당 하 는 스펙트럼 포 인 트 는 실제 출력 이 33.0 μ W 이다.전통 적 인 DUV LED 의 작업 전압 과 전 류 는 각각 4.88 V 와 1.87 mA 이 고, 상대 적 인 MPC - DUV LED 의 작업 전압 과 전 류 는 각각 19.5 V 와 7.85 μ A 이 며, 두 가지 DUV LED 의 전광 변환 효율 (출력 / 주입 전력) 은 각각 0.36% 와 21.6% 로 60 배 에 달한다.

연 구 는 소전 류 에서 MPC - DUV LED 칩 이 높 은 전환 효율 을 얻 는 메커니즘 을 한층 더 밝 혔 다.APPSYS 시 뮬 레이 션 을 통 해 계산 하면 i - GaN 층 의 전장 은 5 × 10 에 달 할 수 있다.⁶ V/cm, 질화갈륨 재료 중 가이거 모드를 초과하는 임계값 전장(2.4~2.8×10⁶ V/cm), 따라서 소진층에서 충돌 이온화가 발생할 확률이 매우 높으며, 수십 내지 수백 배의 높은 이득을 얻을 수 있으며, 따라서 빈혈 캐리어 수량급의 향상을 실현한다.

전체 광 전 순환 과정 에서 퀘 이 크 월 드 에서 전자 와 구멍 이 복합 발광 을 일 으 키 고, 일부 딥 자 외 광 자 는 부속품 밑 에서 도망 가 고, 다른 일부 광 자 는 MPC 구조 에 들 어가 흡수 되 며, 높 은 에너지 의 딥 자 외 광 자 는 질화 갈륨 을 자극 하 는 재료 에 해당 하 는 전자 구멍 을 생 성하 고, 게다가 전압 을 가 한 상태 에서 분리 되 며, 구멍 은 소모 구역 의 강력 한 전장 역할 을 합 니 다.충돌 전리 가 발생 하여, 여러 번 배가 한 후 다시 퀘 이 크 월 드 에 주입 하여, 퀘 이 크 월 드 중원 의 일부 전자 와 새로운 복사 복합 이 발생 하여, 이렇게 순환 하여, 결국 캐리어 주입 효율 을 대폭 높 였 습 니 다.