发光二极管(LED)是一种基础的半导体元器件，在国民生产生活中发挥着重要作用。近年来兴起的micro-LED技术被视为下一代显示技术，有望形成万亿级的产业。红光LED是micro-LED技术的重大瓶颈之一。现有的磷化镓基红光LED在其芯片尺寸从毫米减小至微米后，光效从50%以上急剧下降至1%以下；并且磷化镓材料力学性能差，在转移过程中易脆，大大加重了巨量转移的难度；加上磷化镓基LED器件性能温度稳定性差，且材料体系与蓝、绿光micro-LED不兼容，开发高效的氮化镓基红光micro-LED成为当务之急。然而，在过去20年的研究中，氮化镓基红光LED的效率一直低于2.5%。

南昌大学江风益院士课题组，采用南昌大学自主研制的金属有机化学气相沉积设备，在硅衬底上，结合材料中V形坑结构，引入橙红光量子阱与黄光量子阱交替生长技术，大幅缓解了橙红光量子阱中铟组分偏析问题，解决了氮化镓基LED在橙红光波段光效低的难题，使其光效在国际上率先达到实用化水平。在所制备的一系列橙红光LED中，波长分别为594、608和621 nm时，功率转换效率分别为30.1%、24.0%以及16.8%，该光效相较于以往报道的相同波段氮化镓基LED光效整体提高了约十倍。该成果对实现Micro-LED全彩显示具有重要意义，充分展示了氮化镓材料在制作显示应用红光像素芯片上的巨大潜力，也适用于其它低工作电流密度下的半导体光电信息领域。

图1. 氮化镓高光效橙红光发光二极管在0.8 A cm-2下的室温电致发光实物图。

图2. 氮化镓橙红光发光二极管在0.8 A cm-2下的室温电致发光光谱。

该成果已于2020年10月9日以“Efficient emission of InGaN-based light-emitting diodes: toward orange and red” 为题在线发表在Photonics Research上，南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心在读博士生张胜男为论文第一作者，张建立研究员为通讯作者。

论文链接: https://doi.org/10.1364/PRJ.402555