„Zastosowanie gradientowej warstwy kontaktowej AlGaN w celu uzyskania omowego kontaktu o niskiej rezystywności w emiterach głębokiego UV”

(akronim projektu: gradDUV2)

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu „Preludium 19”

Nr projektu: 2020/37/N/ST3/02248

Wartość projektu: 196 800,00 PLN

Wartość dofinansowania: 196 800,00 PLN
Okres realizacji projektu: 2021/05/17 – 2024/05/16

 Kierownik projektu: mgr Dominika Marianna Majchrzak

 AlGaN charakteryzuje się szeroką, prostą przerwą energetyczną w zakresie promieniowania UV (od 3,4 eV – GaN do 6,2 eV – AlN), co czyni go doskonałym kandydatem do realizacji na jego bazie diod LED głębokiego UV. Emitery głębokiego promieniowania UV mogą być stosowane w sterylizacji, oczyszczaniu wody lub powietrza oraz jako sensory UV. W przypadku sterylizacji i dezynfekcji najlepsze efekty uzyskuje się dla diod LED o długości fali poniżej 280 nm, bardzo skutecznie zabijającej bakterie i wirusy. Obecnie lampy rtęciowe dominują na rynku emiterów UV. Diody LED oparte na AlGaN mają wiele zalet w porównaniu z lampami rtęciowymi, takie jak: niska toksyczność, możliwość dostrajania emitowanej długości fali, niewielki rozmiar, długi czas pracy, brak czasu nagrzewania i niskie napięcie robocze. Jedyną wadą jest niska wydajność emisji takich urządzeń. Celem naukowym tego projektu jest poprawa właściwości elektrycznych warstwy AlGaN typu p bogatej w Al za pomocą specjalnie zaprojektowanej gradientowej warstwy kontaktowej AlGaN:Mg. Projekt skupi się na poprawie właściwości elektrycznych, takich jak koncentracja dziur i oporność próbki, poprzez optymalizację grubości warstwy gradientowej AlGaN:Mg, a także właściwości strukturalnych całej wyhodowanej struktury. W ramach tego projektu wysunięto hipotezę, że zoptymalizowana gradientowa warstwa kontaktowa AlGaN poprawi właściwości omowe AlGaN:Mg o wysokiej zawartości Al (~60%). Oczekuje się również, że właściwa rezystywność kontaktowa będzie maleć wraz ze wzrostem grubości warstwy gradientowej AlGaN (do pewnej grubości krytycznej, dla której defekty powstałe w strukturze mogą pogarszać właściwości elektryczne).

W ramach tego projektu planuje się hodować takie próbki po raz pierwszy systematycznie za pomocą dwóch różnych metod epitaksjalnych (epitaksja z fazy gazowej z użyciem związków metaloorganicznych – MOVPE i epitaksja z wiązki molekularnej – MBE) i zbadać właściwości elektryczne całych wyhodowanych struktur (pomiar efektu Halla). Uzyskane wyniki zostaną porównane z teoretycznymi symulacjami pasm energii i diagramami gęstości ładunku w zależności od głębokości, co pozwoli na lepsze zrozumienie zjawisk fizycznych zachodzących w takich strukturach. Oczekuje się, że pomyślna realizacja innowacyjnego podejścia przedstawionego w tym projekcie pozwoli przezwyciężyć jeden z czynników zmniejszających efektywność emisji (niska koncentracja dziur w warstwie p-AlGaN) półprzewodnikowych emiterów głębokiego promieniowania UV i zwiększyć ich potencjał aplikacyjny w stosunku do lamp rtęciowych. Ponieważ takie urządzenia mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach życia, jesteśmy absolutnie przekonani, że badania zaproponowane w tym projekcie będą miały znaczący wpływ na rozwój nauki, cywilizacji i społeczeństwa.