采用非故意掺杂GaN间隔层的底隧道结发光二极管中注入效率与光输出的增强

近来，在发光二极管（LED）中采用底隧道结（bottom-TJ）结构，可在常规金属极性取向中实现类N极性的极化场排列，因注入效率改善而提升了LED性能。在此，我们利用带有优化异质结GaN/In$_{0.17}$Ga$_{0.83}$N/GaN隧道结及非故意掺杂（UID）GaN间隔层（用以将光学模式与重掺杂吸光p型包层区隔离）的成熟激光二极管结构，阐明了注入效率增强的根本原因。在此类激光结构中，电子阻挡层、间隔层与量子势垒界面处的极化偏移在载流子输运中起着可辨识的作用。通过比较顶隧道结结构与底隧道结结构，并将电致发光、电容-电压与电流-电压特性中的特征与能带图模拟中N极与Ga极性极化异质界面的独特特征相关联，我们确认：在低电流下改善的空穴注入，以及高电流下改善的电子阻挡，使得底隧道结器件在跨越5个数量级的电流密度（0.015–1000 A/cm$^2$）范围内均具有更高的注入效率与更高的输出功率。此外，即便增加了UID GaN间隔层，微分电阻仍属业界领先，低于7×10$^{-4}$ $\Omega$cm$^2$。这些结果凸显了底隧道结结构用于高效激光二极管的优势。