世界上第一款六方氮化硼同质结深紫外LED芯片

近日，西安交通大学电信系电子学院李强团队在蓝宝石衬底采用LPCVD系统进行大规模六方氮化硼(hBN)单晶薄膜的延伸生长和混合研究完成了HBN薄膜混合的突破。本研究代表了六方氮化硼作为深紫外光电器件的主要材料，为后续半导体短波段深紫外发光器件的开发提供了新的研究方向。相关结果为“Deep-UV Light-Emitting Based on the hBN:S/hBN:Mg Homojunction问题发表在《先进科学》上。

HBN是一种主要的超宽禁带半导体材料，具有石墨烯层状结构和独特的光电特性，在深紫外发光设备和探测器领域具有重要的应用。早在2007年，研究人员就对HBN材料的激子发光特性进行了实验研究和理论分析，并首次通过负极发光检测证明了HBN材料具有深紫外发光特性。随着探索的发展，研究人员通过光致发光技术确定了HBN材料的复杂缺点，堆叠层错误是缺陷发光的主要原因。基于HBN材料优异的紫外发光特性，近年来采用剥离单晶HBN和石墨烯材料，开发了深紫外发光设备。然而，制备高效的PN结型半导体发光设备一直是该领域的目标，HBN薄膜的N/P混合问题一直是一个主要的科技问题。

选用蓝宝石衬底直接延伸生长大规模连续的HBN薄膜，通过超高温延伸生长完成HBN薄膜的高结晶度，然后利用S元素在HBN薄膜中进行替位夹杂，成功突破了大规模HBN单晶薄膜的N型夹杂，S型夹杂浓度达到1.21%。结合Mg夹杂的P型HBN薄膜，制备了基于HBN材料系统的同质PN结，即HBN:S/hBN:Mg同质结。通过对结果的分析，确定同质结形成后，光载流子会在内部电场的影响下漂移到空间电荷区，从而产生辐射复合发光，完成深紫外线(261nm-300nm)的出射。