氮化物紫外LED在杀菌消毒、生化探测、医疗及非视距通讯等领域有着广阔的应用前景，特别是在2020年新型冠状病毒疫情中倍受关注，普及后可以在防御、抗击各种流行性细菌病毒中发挥更加重要的作用，带来良好而广泛的社会效应和产业价值。随着2020年禁汞逐步实施，氮化物紫外LED更是被视为未来紫外光源的发展趋势。
近日，由国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）与第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）主办，南方科技大学微电子学院与北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司共同承办的第十七届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA 2020）暨2020国际第三代半导体论坛（IFWS 2020）在深圳会展中心召开。
期间，由山西中科潞安紫外光电科技有限公司、中微半导体设备（上海）股份有限公司共同协办的“固态紫外器件技术分会”上，中国科学院半导体研究所研究员、博士生导师闫建昌带来了“氮化物深紫外LED研发方向，从二维材料到纳米结构”的主题报告，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，这主要是因为AlGaN低的材料质量和低的光提取效率。报告介绍了在提升AlGaN基深紫外LED发光效率方面的研究工作，特别是基于二维材料的AlN材料和深紫外器件的范德华外延研究以及纳米结构深紫外LED性能研究。
基于二维材料准范德华外延得到的氮化物具有残余应力小、对衬底依赖性小的特点，有望帮助获得无应力、低缺陷的外延层。我们率先开展单层h-BN上AlN材料的外延，并建立了相关生长模型，获得的AlN表面平整无开裂，5 × 5 μm2范围内的表面粗糙度仅0.25nm；基于多层h-BN，实现了AlN材料和深紫外LED器件的外延与成功剥离。在纳米图形蓝宝石衬底上，使用二维石墨烯插入层降低Al原子的表面迁移势垒高度，实现了AlN薄膜的高质量、快速合并。
采用纳米结构，被公认为是提高深紫外LED发光效率的一种有效途径。研究采用纳米球掩膜和干法刻蚀的“top-down”方法首次制备出了无填充剂、电注入发光的纳米柱阵列深紫外LED。研究发现，纳米柱阵列深紫外LED由于具有更高的比表面积，界面态效应驱动AlGaN量子阱内的激子分离为自由载流子，辐射复合速率增加，内量子效率提升了20%；由于纳米柱的波导效应和布拉格散射效应，光提取效率提升了100%以上。在这些因素的综合作用下，纳米柱深紫外LED的输出光功率和外量子效率提升了2.5倍。
闫建昌是国家自然科学基金优秀青年基金获得者，中科潞安紫外光电科技有限公司副总经理，中科潞安半导体技术研究院副院长，CASA第三代半导体卓越创新青年，中国科学院青年创新促进会会员，北京市科技新星计划入选者，山西省“三晋英才”支持计划高端领军人才。清华大学电子工程系学士学位，中科院半导体所博士，2015-2016年度法国巴黎第十一大学访问学者。长期从事氮化物半导体材料和器件研究，尤其专注于氮化镓半导体紫外发光二极管（UV LED）领域十余年，负责国家863计划、自然科学基金、重点研发计划等多项国家级科研任务，取得了具有国际影响力的研究成果。获2012年度北京市科学技术奖一等奖、2015年度国家科学技术进步奖二等奖。
（内容根据现场资料整理，如有出入敬请谅解）
