近日，武漢大學(xué)周圣軍教授研究小組在國(guó)際知名期刊Applied Physics Letters，Optics Letter和Optics Express在線發(fā)表了GaN基LED芯片的最新研究成果。

III族氮化物L(fēng)ED以其低能耗、長(zhǎng)壽命和體積小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為傳統(tǒng)光源的重要替代。一般來說，InGaN量子阱中銦（In）含量越高，LED發(fā)光波長(zhǎng)越長(zhǎng)。然而，隨著銦組分的增加，InGaN量子阱面內(nèi)壓應(yīng)力升高，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的極化場(chǎng)，導(dǎo)致InGaN基黃光LED量子效率仍然比藍(lán)光LED低很多。

周圣軍教授研究小組擴(kuò)展了能帶工程在長(zhǎng)波段LED中的應(yīng)用，并分析了階梯形量子阱對(duì)器件光電性能和晶體質(zhì)量的影響。與方形量子阱LED相比，具有階梯形量子阱的黃光（?570 nm）LED表現(xiàn)出更高的光輸出功率及更優(yōu)的晶體質(zhì)量，研究結(jié)果以《Rational construction of staggered InGaN quantum wells for efficient yellow light-emitting diodes》為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Applied Physics Letters》。

論文第一作者為武漢大學(xué)博士生趙曉宇，論文通訊作者為周圣軍教授，武漢大學(xué)為論文第一作者和通訊作者單位。

圖片來源：武漢大學(xué)

AlGaN基深紫外（DUV） LED在殺菌消毒方面引起了廣泛關(guān)注。外延生長(zhǎng)在藍(lán)寶石之上的AlN對(duì)紫外光透明并且具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用最廣泛的AlGaN基DUV LED襯底。然而，AlN和藍(lán)寶石之間較大的晶格常數(shù)失配導(dǎo)致外延生長(zhǎng)的AlN薄膜中存在高密度的位錯(cuò)，限制了AlGaN基DUV LED外量子效率的進(jìn)一步提升。

周圣軍教授研究小組設(shè)計(jì)了一種交替V/III比的AlN超晶格結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較低生長(zhǎng)溫度（1180 攝氏度）下AlN薄膜的高質(zhì)量外延生長(zhǎng)。利用透射電子顯微鏡證明了交替V/III比的AlN超晶格結(jié)構(gòu)可以引發(fā)穿透位錯(cuò)的傾斜，從而增加了穿透位錯(cuò)之間反應(yīng)的幾率，促進(jìn)了位錯(cuò)的湮滅。

此外，傾斜的位錯(cuò)還在平行于c面的方向上提供了失配位錯(cuò)的分量，從而促進(jìn)了生長(zhǎng)過程中張應(yīng)變的釋放，消除了開裂的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Applied Physics Letters》，論文題目為《Strain management and AlN crystal quality improvement with an alternating V/III ratio AlN superlattice》。

論文共同第一作者為唐斌、萬澤洪和胡紅坡，論文通訊作者為周圣軍教授，武漢大學(xué)為論文第一作者和通訊作者單位。

圖片來源：武漢大學(xué)

由于InGaN基LED具有可調(diào)發(fā)射光譜，對(duì)紅、綠、藍(lán)三色LED色彩混合是實(shí)現(xiàn)全彩Micro-LED顯示的有效途徑。為解決InGaN基綠光LED芯片外量子效率較低的問題，周圣軍教授研究小組運(yùn)用能帶工程技術(shù)，重點(diǎn)研究了堆疊式GaN/AlN量子勢(shì)壘對(duì)InGaN基綠光LED光電性能的影響。

結(jié)果表明，在AlN/p-GaN界面產(chǎn)生的極化誘導(dǎo)面電荷可以加速空穴，并且GaN/AlN中的AlN層可以實(shí)現(xiàn)空穴的帶內(nèi)隧穿從而有利于空穴注入到有源區(qū)，同時(shí)也提高了電子的有效勢(shì)壘高度。

由于提高了空穴注入效率和抑制了電子泄漏，采用此結(jié)構(gòu)的綠光LED發(fā)光效率得到顯著提高，研究結(jié)果以《Stacked GaN/AlN last quantum barrier for high-efficiency InGaN-based green light-emitting diodes》為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Optics Letters》。

論文共同第一作者為陶國(guó)裔和趙曉宇，論文通訊作者為周圣軍教授，武漢大學(xué)為論文第一作者和通訊作者單位。

圖片來源：武漢大學(xué)

為進(jìn)一步提高綠光LED效率，周圣軍教授研究小組開發(fā)了由濺射AlN和中溫GaN組成的復(fù)合成核層。在復(fù)合成核層之上繼續(xù)外延生長(zhǎng)GaN時(shí)，由于減小了GaN與藍(lán)寶石之間的晶格常數(shù)適配，GaN傾向于橫向生長(zhǎng)，因此在GaN外延層中形成了層錯(cuò)結(jié)構(gòu)。層錯(cuò)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生有效的促進(jìn)了應(yīng)力的釋放，減少了穿透位錯(cuò)的密度。

此外，結(jié)合變溫?zé)晒夤庾V和時(shí)間分辨熒光光譜實(shí)驗(yàn)證明了生長(zhǎng)在復(fù)合成核層之上的InGaN/GaN多量子阱中形成了更深的局域態(tài)，因此進(jìn)一步提高了InGaN/GaN綠光LED的內(nèi)量子效率。研究結(jié)果以《Toward efficient long-wavelength III-nitride emitters using a hybrid nucleation layer》為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Optics Express》。

圖片來源：武漢大學(xué)

論文共同第一作者為唐斌、宮麗艷和胡紅坡，論文通訊作者為周圣軍教授，武漢大學(xué)為論文第一作者和通訊作者單位。（來源：武漢大學(xué)）

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