近日，西安交通大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李強(qiáng)團(tuán)隊(duì)成功制備出全球首款基于六方氮化硼（hBN）同質(zhì)結(jié)的深紫外LED芯片。這一突破性成果為深紫外光電器件的發(fā)展提供了新的研究方向，并有望推動(dòng)短波段深紫外發(fā)光技術(shù)的進(jìn)步。目前該研究成果已發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science)上。

論文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202414353

超寬禁帶半導(dǎo)體材料：六方氮化硼

六方氮化硼（hBN）是一種重要的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，因其層狀結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的光電特性，在深紫外發(fā)光器件和探測(cè)器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。早在2007年，研究人員便開(kāi)始探索hBN材料的激子發(fā)光特性，并在后續(xù)研究中進(jìn)一步揭示了其復(fù)雜的缺陷發(fā)光機(jī)理及堆疊層錯(cuò)對(duì)缺陷發(fā)光的影響。

近年來(lái)，科研人員通過(guò)剝離單晶hBN并結(jié)合石墨烯材料，成功研制出深紫外發(fā)光器件。然而，制備PN結(jié)型高效半導(dǎo)體發(fā)光器件一直是該領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)，尤其是hBN薄膜的n型摻雜問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是重大技術(shù)瓶頸。

突破n型摻雜瓶頸，實(shí)現(xiàn)同質(zhì)結(jié)深紫外發(fā)光

此次研究中，李強(qiáng)團(tuán)隊(duì)采用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）技術(shù)，在藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)了大面積hBN單晶薄膜的外延生長(zhǎng)。通過(guò)超高溫（約1400℃）工藝提升hBN薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，并引入硫（S）元素進(jìn)行替位摻雜，成功實(shí)現(xiàn)了n型摻雜，S摻雜濃度達(dá)1.21%。結(jié)合鎂（Mg）摻雜的p型hBN薄膜，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步制備出hBN:S/hBN:Mg同質(zhì)PN結(jié)。

((d)XRD圖；(e)Raman圖；(f)FTIR圖

PL（光致發(fā)光）測(cè)試結(jié)果表明，在同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中，光生載流子在內(nèi)建電場(chǎng)作用下漂移至空間電荷區(qū)并發(fā)生輻射復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)深紫外光（261nm-300nm）發(fā)射。這一突破不僅驗(yàn)證了hBN材料體系在深紫外發(fā)光領(lǐng)域的潛力，也為未來(lái)更短波段的深紫外半導(dǎo)體光電器件開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

來(lái)源：西安交大

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