紫外线虽然在太阳光中能量占比仅5%，但却大范围的运用于人类日子。现在紫外光运用包含印刷固化、钱币防伪、皮肤病医治、植物成长光照、损坏微生物如细菌、病毒等分子结构，因而大范围的运用于空气灭菌、水体净化和固体外表除菌消毒等范畴。传统的紫外光源一般是选用汞蒸气放电的激发态来发生紫外线，有着功耗高、发热量大、寿数短、反响慢、有安全危险危险等许多缺点。新式的深紫外光源则选用发光二极管（light emitting diode: LED）发光原理，相对于传统的汞灯具有许多的长处。其间最为重要优势的在于其不含有毒汞元素。跟着《水俣条约》的施行，标志着2020年间将全面禁止含有汞元素紫外灯的运用，因而怎么才干开宣布一种全新的环保、高效紫外光源，成为了摆在人们面前的一项重要应战。
而根据宽禁带半导体资料（GaN，AlGaN）的深紫外发光二极管（deep ultraviolet LED: DUV LED）成为了这一新运用的不贰挑选。这一全固态光源系统体积小、功率高，寿数长，只是是拇指盖巨细的芯片，就可以宣布比汞灯还要强的紫外光。这其间的奥妙首要取决于III族氮化物这一种直接带隙半导体资料：导带上的电子与价带上的空穴复合，然后发生光子。而光子的能量则取决于资料的禁带宽度，科学家们则可以终究靠调理AlGaN这种三元化合物中的元素组分，精细地完结不同波长的发光。但是，要想完结紫外LED的高效发光并不总是那么简单。研讨者们发现，当电子和空穴复合时，并不总是必定发生光子，这一功率被称之为内量子功率(internal quantum efficiency: IQE)。
中国科学技术大学微电子学院孙海定和龙世兵教授课题组和中国科学院宁波资料所郭炜和叶继春研讨员课题组发现，为了进步紫外LED的IQE数值，可以终究靠AlGaN资料成长的衬底——蓝宝石，也便是Al2O3的斜切角调控来完结，研讨人员发现，当进步衬底的斜切角时，紫外LED内部的位错得到显着按捺，器材发光强度显着进步。当斜切角衬底到达4度时，器材荧光光谱的强度进步了一个数量级，而内量子功率也到达了破纪录的90%以上。
与传统紫外LED结构不同的是，这一种新式结构内部的发光层——即多层量子阱（MQW）内势阱和势垒的厚度并不是均匀的。借助于高分辩透射电子显微镜，研讨人员得以在微观标准剖析只是只要几纳米的量子阱结构。研讨标明，在衬底的台阶处，镓（Ga）原子会呈现集合现象，这导致了部分的能带变窄，而且跟着薄膜的成长，富Ga和富Al的区域会一向延伸至DUV LED的外表，而且在三维空间内呈现歪曲、弯折，构成三维的多量子阱结构。研讨者们称这一特别的现象为：Al，Ga元素的相别离和载流子局域化现象。值得指出的是，在铟镓氮（InGaN）基的蓝光LED系统中，In因为和Ga并不100%互溶，导致资料内部呈现富In和富Ga的区域，然后发生局域态，促进的载流子的辐射复合。但在AlGaN资料系统中，Al和Ga的相别离却很少见到。而此作业的重要意义之一就在于人为调理资料的成长形式，促进相别离，并因而大大改进了器材的发光特性。
经过在4度斜切角衬底上优化外延成长调理，研讨人员探索到了一种最佳的DUV LED结构。该结构的载流子寿数超过了1.60 ns，而传统器材中这一数值一般都低于1ns。进一步测验芯片的发光功率，科研人员发现其紫外发光功率比传统根据0.2度斜切角衬底的器材强2倍之多。这愈加确信无疑地证明了，AlGaN资料能轻松完结有用的相别离和载流子局域化现象。除此之外，试验人员还经过理论核算模拟了AlGaN 多量子阱内部的相别离现象以及势阱、势垒厚度不均一性对发光强度和波长的影响，理论核算与试验完结了非常符合。
该研讨成果由华中科技大学戴江南和陈长清教授，河北工业大学张紫辉教授，沙特阿卜杜拉国王科技大学Boon Ooi和Iman Roqan教授联合攻关完结。研讨者信任，此项研讨将会为高功率的全固态紫外光源的研制供给新的思路。这种思路无需贵重的图形化衬底，也不需要杂乱的外延成长工艺。而只是依托衬底的斜切角的调控和外延成长参数的匹配和优化，就有望将紫外LED的发光特性进步到与蓝光LED相媲美的高度，为高功率深紫外LED的大规模运用奠定试验和理论基础。相关成果以“Unambiguously Enhanced Ultraviolet Luminescence of AlGaN Wavy Quantum Well Structures Grown on Large Misoriented Sapphire Substrate”为题，在线宣布在Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.201905445）。
