NICT开发全球首款顶部出光型深紫外LED，效率提升约35%

日本情报通信研究机构（NICT）10月22日宣布，已开发出一种可从芯片顶面直接取出深紫外光的高效顶部出光型深紫外LED。该器件在275 nm发光波长下实现最大电力转换效率（WPE）6.5%，较传统倒装型（flip-chip）深紫外LED提高约35%。据NICT介绍，这是全球首次实现高效顶部出光型深紫外LED。

目前实际应用的深紫外LED多采用倒装型结构，从基板一侧取出光。该结构需要将LED芯片上下翻转，与布线/支撑基板精密对准后，再通过焊料或凸点进行接合；同时，AlGaN（氮化铝镓）半导体层与蓝宝石基板界面的折射率差会使部分光被限制在器件内部。相比之下，顶部出光型无需经过基板，可直接从芯片顶面取光，因而不再需要倒装工序，可简化制造流程。但在深紫外波段缺乏透明电极材料，电流注入所需的p型电极和p型半导体接触层会强烈吸收深紫外光，因此此前难以实现高效率。

此次NICT将p型电极和p型半导体接触层微细加工为同心圆状微环结构，在抑制芯片顶面深紫外光吸收的同时确保了较高的电流注入效率。此外，研究团队在电极开口部形成了由氧化铪（HfO₂）构成的纳米光取出结构，通过抑制全反射、扩大光可取出到外部的角度范围，提高了光取出效率。

所开发的顶部出光型深紫外LED在275 nm发光波长下达到85%的电效率、7.5%的最大外部量子效率（EQE）和6.5%的最大WPE。WPE是衡量LED所供电力中最终取出为外部光输出的比例的指标。

为进行对比，NICT使用相同的外延晶圆和电极台面结构制作了传统倒装型深紫外LED。评估结果显示，顶部出光型在保持与传统型同等电特性的同时提高了光输出，WPE较传统型高约35%。

由于新结构无需倒装工序，有望大幅简化制造流程并降低成本。NICT今后将推进深紫外光器件技术的研究开发及社会应用相关工作。相关成果已刊登在美国化学会发行的学术期刊《ACS Photonics》电子版，并入选Supplementary Cover（补充封面）。