中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-032）———首次研制出氮极性氮化物隧道结LED
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工作简介
III族氮化物LED已被广泛应用于照明、显示等领域。但是其固有的p型掺杂水平低、强极化等问题依然困扰着技术发展。传统能带工程调控手段在解决这些问题时已经显得捉襟见肘，如何针对或利用氮化物半导体的特点发展新的能带工程调控手段是面临的重大科学挑战。III族氮化物材料存在金属极性和氮极性两种极性。常用的氮化物材料与器件均为金属极性，这得益于其较高的晶体质量。但与金属极性材料相比，氮极性材料具有一些独特的优势。然而，氮极性材料的生长窗口窄，较低的晶体质量长期制约了氮极性材料的研究进展。因此，探索高质量氮极性材料的外延生长机理和方法，并以此为基础深入研究氮极性材料与器件的物理性质，是拓展氮化物半导体调控维度、丰富极化工程内涵、进而解决现有器件面临的瓶颈问题的关键。
吉林大学张源涛教授与沙特阿卜杜拉国王科技大学李晓航教授合作，创新性提出了氮极性n-GaN/AlGaN/极化诱导p-AlGaN隧道结与LED结合的器件结构，在国际上首次研制出氮极性氮化物隧道结LED。与无隧道结的氮极性LED相比，氮极性隧道结LED的串联电阻降低了40%，外量子效率提高了70%。
图. （a）氮极性隧道结LED结构示意图，（b）隧道结LED和参考LED的I-V特性曲线，（c）隧道结LED的电致发光谱，（d）不同注入电流下隧道结LED和参考LED的发光强度与外量子效率。
相关成果于2020年5月28日以“Demonstration of N-Polar III-Nitride Tunnel Junction LED”为题发表在ACS Photonics (ACS Photonics, 7, 1723 (2020))。该工作发表后被半导体行业期刊Semiconductor Today进行了专题报道，并指出这是国际上首次实现氮极性氮化物隧穿结LED。
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主要作者简介
2000年在吉林大学电子工程系获得学士学位，2005年在吉林大学电子科学与工程学院获得博士学位。2006年2月至2007年2月，德国德累斯顿工业大学应用物理研究所洪堡学者。2008年8月至2010年3月日本东北大学金属材料研究所JST-CREST研究员。2010年4月至2012年5月日本东北大学金属材料研究所日本学术振兴会外国人特别研究员。2014年被聘为吉林大学电子科学与工程学院教授。
长期从事宽禁带半导体材料与器件研究，在氮化物半导体极性调控外延生长、器件极化工程等方面取得了多项原创性科研成果。迄今在Advanced Functional Materials、Nano Letters、Advanced Science、Applied Physics Letters等国际权威期刊发表高水平学术论文100余篇，所发表的文章被引用超过两千次。先后获吉林省科技进步奖二等奖、德国洪堡奖学金、教育部新世纪优秀人才、吉林省技术发明奖一等奖等奖励和荣誉。现任中国有色金属学会宽禁带半导体专业委员会委员等职。
个人网页：http://ee.jlu.edu.cn/info/1018/1763.htm
李晓航教授在华中科技大学获得应用物理学士学位，在美国理海大学获得电子工程硕士学位，在美国佐治亚理工学院取得电子工程博士学位。博士毕业后加入沙特阿卜杜拉国王科技大学创建并担任先进半导体实验室的PI兼博士生导师。现为Photonics Research副编辑和Journal of Semiconductor编委。担任IWN等多个国际主要会议的程序或组织委员会成员。
李晓航教授致力于第三代半导体超宽禁带材料、器件、物理、设备的研究，这些领域预期会在未来对光电电子通信生化和生命科学等领域带来革命性的影响。在国际期刊和会议上发表论文200余篇，在国际会议大学研究所和公司做受邀报告80余次，他拥有20余项批准和在申的国际专利，是Nature Photonics等30多个国际学术杂志的审稿人。李晓航教授是半导体深紫外激光研究的先驱者之一：首次实现在蓝宝石上低阈值深紫外激光和260nm以下深紫外激光，首次实现在同一衬底上半导体TE和TM深紫外激光，首次实现半导体深紫外表面受激辐射。他也在BAlN和Ga2O3等新型第三代半导体研究做出了开创性的成果。他基于物理研究成果创立的Polarization Toolbox软件已被来自世界各70多个大学公司和科研院所所使用，包括UCSB、Cornell、ASML、IMEC、RIKEN、Facebook等。
李晓航教授获得过美国晶体生长协会Harold M. Manasevit Young Investigator Award（全球每两年一名，系第一位中国人获该奖），SPIE研究生年度最高奖（全球每年一名，系第一位中国人获该奖），和IEEE Photonics Society研究生年度最高奖（全球每年十名），佐治亚理工学院和爱迪生创新基金会博士生最高奖（每年一名）。
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原文传递
详情请点击论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.0c00269
专题报道链接：http://www.semiconductor-today.com/news_items/2020/jul/kaust-300720.shtml
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
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