全球128個國家簽署的《聯合國水俁公約》已于2017年8月在中國正式生效，條約明令各國從2020年起禁止生產及進出口各種含有汞的制品，傳統汞燈將被禁止生產和銷售。發展環保節能的新型紫外固態光源，替代目前應用廣泛的紫外汞燈，已成為殺菌消毒和固化曝光領域迫切的需要。基于第三代半導體材料AlGaN的紫外LED對肆虐的新型冠狀病毒具有明顯的殺滅效果，因而得到國內外各界的高度關注。不同于成熟的藍光LED，由于紫外LED的核心材料具有更低的In含量和更高的Al含量，這使得外延層缺陷密度高、p-AlGaN材料中空穴濃度低、極化效應強、載流子輸運不平衡等問題極為突出。因此，紫外LED的發光效率仍遠低于成熟的藍光LED。當發光波長低于370 nm時，紫外LED更是面臨著發光效率驟降的難題，成為阻礙其高端應用的最大障礙。
針對以上問題，廣東省科學院半導體研究所先進材料平臺從材料生長和器件設計兩方面對紫外LED展開了較系統深入的技術研發。首先，采用MOCVD精細生長模式調控技術成功制備出高質量AlGaN材料和高內量子效率的AlGaN量子阱；同時，研究人員采用極化場調控技術和能帶工程，將多元合金p-AlInGaN/AlGaN短周期超晶格材料（SPSL）引入到AlGaN基紫外LED的電子阻擋層（EBL）結構中，成功研制出高內量子效率的紫外LED器件。結果表明SPSL-EBL能改善紫外LED器件的載流子傳輸特性，降低器件的開啟電壓，使得發光波長在368 nm的紫外LED器件發光效率比傳統結構提高了101.6%，此項研究將會為高效率的全固態紫外光源的研發開辟新路徑。
以上部分工作結果近日發表于國際權威期刊《Journal of Materials Chemistry C》。
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https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/TC/D1TC02191E#!divAbstract (DOI: 10.1039/D1TC02191E)
圖1 (a) 基于p-AlInGaN/AlGaN SPSL-EBL的紫外LED器件結構示意圖；(b) 368 nm紫外LED外延片（左）和晶圓上的芯片照片（右）。
圖2 (a)- (d)和(e)- (h)分別為傳統結構和基于SPSL-EBL結構的紫外LED截面STEM圖，兩種樣品的晶體質量良好，各異質結界面清晰；(j)和(k)分別為傳統紫外LED基于SPSL紫外LED在200mA正向電流注入下的點亮照片，芯片B的紫外光功率相比傳統結構的紫外LED提高了101.6%
