近日，物理科学与工程技术学院孙文红教授的光电材料与器件研究团队在Nature Index著名学术期刊《Applied Physics Letters》上发表了题为“Variable temperature thermal droop characteristics of 255 nm UV LED”的研究论文。

自从新型冠状病毒出现以来，基于AlGaN材料系统的200-280 nm（UV-C）范围内的深紫外发光二极管（DUV LED）已被证明对灭活新型冠状病毒有效。由于体积小、能耗低、开关速度高和预热时间短， AlGaN DUV LED将在许多应用中取代传统的汞灯。然而当这些LED制成的紧凑型照明器时具有明显自加热现象，并需要在85–100℃的温度下工作，而在冷链消毒应用中，它们则需要在零下18℃到零下50 ℃的环境温度下工作。这些温度环境都会导致的LED输出光功率降低，称为热降。在本研究中，我们研究了AlGaN基255 nm LED在温度应力下的两个热降过程的机理，以便在较宽的温度范围内获得稳定的光输出。在我们的温度研究中（如下图），255 nm LED不仅在300 K以上的温度下表现出热降，而且在低温（300 K以下）下光功率也随温度下降。因此，对于这两个温度范围，我们研究了两种不同的热降机制。我们将相关的光功率变化和   I–V特性、C–V提取的表观载流子浓度分布以及一维模拟结果相结合，以研究高低温环境对255 nm LED光功率的影响。最后，通过对深能级瞬态光谱实验的分析，揭示了光功率变化的机理。

我们发现，在高温（>300 K）下的热降过程中，低正向偏置区的漏电流增加伴随着靠近p侧的量子阱的表观载流子浓度的降低，表明热缺陷的激活增强了陷阱辅助隧穿效应，并导致低电流下的光功率下降更为显著。与常温相比，低温下的低发射功率归因于少数陷阱H₁，根据深能级瞬态谱分析（如下图），其在190K下的激活能为0.527 eV。在175 K以上的低温下，由于空穴注入增强，光功率随着温度的升高而增加。通过分析两种热降特性，我们得出结论：热缺陷的激活是255 nm LED高温热降的最可能原因，而与镓空位复合体相关缺陷相关的空穴陷阱H₁最有可能是低温热降的来源。

论文作者：邓少东（硕士生），陈志强（硕士生），李敏（硕士生），苏孟玮（硕士生），朱兴林（硕士生），校凯（博士生），王玉坤，邓荐宇（通讯作者），孙文红（通讯作者）。

论文链接： https://doi.org/10.1063/5.0098726