中山大学 光电材料与技术国家重点实验室 汤子康教授研究团队最近在氧化锌p型掺杂和紫外发光LED领域取得重要进展，相关成果发表在国际权威学术刊物《Advanced Functional Materials》上。

基于紫外发光二极管的半导体照明在未来将完全取代日光灯照明，而氧化锌作为典型的第三代宽带隙半导体光电材料，除了拥有与GaN相近的禁带宽度，还具备一系列独特的优势。ZnO的激子束缚能高达60 meV远高于GaN(25 meV)，此外在紫外波段ZnO具有更高的发光效率和光学增益，所以ZnO被认为是制备低阈值紫外半导体激光器的优秀候选材料。尽管2006年日本的Kawasaki和中科院长春光机所申德振研究员课题组先后在铝镁酸钪和蓝宝石衬底上实现了氮掺杂的p型ZnO和电注入发光。但是高效的、可重复的p 型ZnO掺杂技术一直以来都是一个极富挑战的研究课题，也是ZnO基光电器件走向实用化最大的瓶颈问题。ZnO的p型掺杂最大的障碍是来自于V族元素在ZnO中的低溶解度，其本质是由于Zn-N键或Zn-P键在高温下不易稳定的存在。为了提高受主浓度，一般都需要降低生长温度，但较低的生长温度又将导致ZnO中补偿施主的产生。所以在常规的掺杂工艺中，提高受主浓度和降低施主浓度之间具有不可调和的矛盾。

汤子康教授团队经过长时间的研究和理论分析，提出采用活性的同族元素Be原子固N的方案来解决低受主掺杂浓度的问题。鉴于Be-N键能比Zn-N键能高出一个量级，因此在高温生长时极少量的Be就可以引起N较高的掺入浓度，同时保证高温下ZnO具有高的晶体质量，并抑制伴生的补偿型施主产生。此外，强的Be-N 键也有利于发光器件在高温下更稳定的工作。基于Be-N掺杂思路，汤子康教授团队开展了长达三年的技术攻关，先后解决了高质量ZnO缓冲层生长、高效N原子离化、Be原子活化等一系列技术难题。利用同族元素Be固N的方法成功实现了ZnO的p型掺杂，并制备出ZnO基p-i-n结LED，器件在室温和400K下都表现出高效的紫外电注入发光。尤为重要的是基于Be-N掺杂制备的p型ZnO样品和LED器件在6个月后仍能够稳定保持并获得出色的紫外电注入发光。该研究工作是近五年来氧化锌p型掺杂和光电器件研究领域最重要的进展之一，并为ZnO光电器件的实用化开辟了一条全新途径。

该研究工作全部由汤子康教授团队独立完成，本研究得到国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金重点项目的资助。

论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201600163/epdf