氮化物紫外LED在殺菌消毒、生化探測、醫療及非視距通訊等領域有著廣闊的應用前景，特別是在2020年新型冠狀病毒疫情中倍受關注，普及后可以在防御、抗擊各種流行性細菌病毒中發揮更加重要的作用，帶來良好而廣泛的社會效應和產業價值。隨著2020年禁汞逐步實施，氮化物紫外LED更是被視為未來紫外光源的發展趨勢。
 

近日，由國家半導體照明工程研發及產業聯盟（CSA）與第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA）主辦，南方科技大學微電子學院與北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司共同承辦的第十七屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA 2020）暨2020國際第三代半導體論壇（IFWS 2020）在深圳會展中心召開。
 

期間，由山西中科潞安紫外光電科技有限公司、中微半導體設備（上海）股份有限公司共同協辦的“固態紫外器件技術分會”上，中國科學院半導體研究所研究員、博士生導師閆建昌帶來了“氮化物深紫外LED研發方向，從二維材料到納米結構”的主題報告，分享了其研究成果。

目前深紫外LED的量子效率仍普遍在10%以下，這主要是因為AlGaN低的材料質量和低的光提取效率。報告介紹了在提升AlGaN基深紫外LED發光效率方面的研究工作，特別是基于二維材料的AlN材料和深紫外器件的范德華外延研究以及納米結構深紫外LED性能研究。
 

基于二維材料準范德華外延得到的氮化物具有殘余應力小、對襯底依賴性小的特點，有望幫助獲得無應力、低缺陷的外延層。我們率先開展單層h-BN上AlN材料的外延，并建立了相關生長模型，獲得的AlN表面平整無開裂，5 × 5 μm2范圍內的表面粗糙度僅0.25nm；基于多層h-BN，實現了AlN材料和深紫外LED器件的外延與成功剝離。在納米圖形藍寶石襯底上，使用二維石墨烯插入層降低Al原子的表面遷移勢壘高度，實現了AlN薄膜的高質量、快速合并。

采用納米結構，被公認為是提高深紫外LED發光效率的一種有效途徑。研究采用納米球掩膜和干法刻蝕的“top-down”方法首次制備出了無填充劑、電注入發光的納米柱陣列深紫外LED。研究發現，納米柱陣列深紫外LED由于具有更高的比表面積，界面態效應驅動AlGaN量子阱內的激子分離為自由載流子，輻射復合速率增加，內量子效率提升了20%；由于納米柱的波導效應和布拉格散射效應，光提取效率提升了100%以上。在這些因素的綜合作用下，納米柱深紫外LED的輸出光功率和外量子效率提升了2.5倍。

閆建昌是國家自然科學基金優秀青年基金獲得者，中科潞安紫外光電科技有限公司副總經理，中科潞安半導體技術研究院副院長，CASA第三代半導體卓越創新青年，中國科學院青年創新促進會會員，北京市科技新星計劃入選者，山西省“三晉英才”支持計劃高端領軍人才。清華大學電子工程系學士學位，中科院半導體所博士，2015-2016年度法國巴黎第十一大學訪問學者。長期從事氮化物半導體材料和器件研究，尤其專注于氮化鎵半導體紫外發光二極管（UV LED）領域十余年，負責國家863計劃、自然科學基金、重點研發計劃等多項國家級科研任務，取得了具有國際影響力的研究成果。獲2012年度北京市科學技術獎一等獎、2015年度國家科學技術進步獎二等獎。
 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）