项目名称：氮化镓基紫外与深紫外LED关键技术

    完成人：郝跃，李培咸，林科闯，李晋闽，张国华，王军喜，马晓华，闫建昌，蔡伟智，高英，张进成，武帅，李水清，刘喆，魏同波

    完成单位：西安电子科技大学，中国科学院半导体研究所，三安光电股份有限公司，青岛杰生电气有限公司，西安中为光电科技有限公司

    项目简介：

    本世纪以来，半导体发光二极管（LED）的进步和发展引发了能源产业、照　　明产业和环保产业的重大变革，催生出了新的技术和应用，包括绿色照明和紫外光源的革命。紫外LED是指发光波长400纳米(nm)以下的LED，深紫外LED的发光波长在300nm以下。传统的工业紫外光源通常基于汞激发紫外管，存在有毒害、效率低、寿命短、能耗高等固有问题，迫切需要固态LED光源替代传统紫外光源。因此，紫外和深紫外LED已经成为蓝光LED之后新的技术和产业增长点，在装备制造、医疗卫生、信息产业、国家安全、石油化工和高端农业等领域有迫切需求。

　　以氮化铝和氮化镓为代表Ⅲ族氮化物半导体材料是实现紫外和深紫外LED的核心，而AlGaN/GaN量子阱结构是高效率紫外与深紫外LED的关键。紫外光具有更高的光子能量和更短的波长，随着AlGaN中Al组分的增加，LED的发光波长将越来越短。但是，随着Al组分的增加将带来三个重大技术难题：（1）AlGaN/GaN材料的晶格失配将越来越大，引起材料缺陷的急剧增加；（2）p型AlGaN的空穴激活能将越来越大，使LED的p型掺杂十分困难；（3）AlGaN材料折射率不断升高，会因全反射严重降低光提取效率。这也是本项目要攻克的三个重要难题。

    在国家计划的重点支持下，本项目经过十余年的奋斗，系统突破并解决了上述难题。（1）首创表面增强脉冲式金属有机物化学气相淀积的材料生长方法，通过反应物的分层输运和材料表面增强反应，成功抑制了氮化铝和铝镓氮材料的缺陷增殖，突破了低缺陷密度的AlN和高Al组分AlGaN材料生长国际难题，实现了表面粗糙度仅0.245nm的外延整体结构。氮化铝材料的缺陷密度降低了1个数量级，45%高Al组分的AlGaN材料的缺陷密度降低近4倍，性能达到了国际最好水平。（2）高掺杂浓度的p型AlGaN材料是提升紫外发光效率的关键，我们研究发现掺杂源镁元素在材料界面具有低的激活能，创新的提出了具有多个界面的短周期超晶格结构掺杂方法，利用界面处的极化电场促进电离，系统地解决了高Al组分AlGaN材料p型掺杂的国际难题，实现了电阻率低至0.034Ω·cm的45%高Al组分的p型材料，性能达到国际最高水平，使紫外LED发光效率提升了54%。（3）由于紫外LED材料具有高的折射率，光在材料中的全反射将严重影响光的输出效率，本项目首次提出了一种有效抑制全反射的纳米微腔结构，显著地降低了全反射引起的光损失，器件发光效率提升了40%。

　　项目获得中国和美国发明专利授权 22 项。成果实现了我国在紫外与深紫外LED 技术领域的重大突破，被评价为国际先进水平，脉冲方法生长AlN 材料的技术为国际领先水平。成功实现了典型波长395nm 下光功率32mW，385nm 下18mW，280nm 功率器件46mW 的紫外和深紫外LED 批量化产品，性能达到国际先进水平。项目使三安光电股份有限公司成为世界知名的紫外LED 生产企业。本项目共实现7.1 亿元人民币的产值，产品在我国已经有50 余家企业实现应用，终端产品已经应用于电子产品制造、快速成型、印刷、水净化、医疗、农业等领域，主要用户实现经济效益9.7 亿元人民币，为我国高效率、低能耗、长寿命LED 紫外光源的技术发展与产业化做出了重大贡献。