最近，由硅材料国家重点实验室叶志镇教授课题组研制的ZnO发光二极管（LED）原型器件取得重要进展，实现了室温下长时间、高亮度、大面积均匀电致发光。单个LED原型器件大小约4mm²，发出由紫蓝光和缺陷黄绿光混合而成的类白光，持续发光20多分钟。
    
    新型半导体固态照明是21世纪最具发展前景的新技术之一，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃。ZnO作为一种可直接用于照明的高效半导体发光材料，具有用途广泛、价格低廉、节能环保等优势，在绿色照明领域具有极大的发展潜力。我国是一个能源消耗大国，每年传统照明电能消耗约占全部电能消耗的12%~15%。自2006年“十一五”开始，国家就把半导体照明工程作为一个重大工程紧急推动，采用半导体LED固态光源替代传统照明光源是必然趋势。实现ZnO－LED持续高亮度发光，将对推动国家节能照明工程、拥有具有自主知识产权的ZnO光电材料应用产生重要影响。
    
    研究表明，实现ZnO发光应用的关键是ZnO的P型掺杂，而ZnO的P型掺杂又是长期以来一项公认的国际难题。浙江大学叶志镇课题组在国际上较早开展ZnO的P型掺杂研究工作，先后提出N替代-H钝化非平衡掺杂、Al-N施主-受主共掺等N掺杂特色技术，建立N、H共激活理论模型，解释P型掺杂机理。同时，连续承担多项国家973、国家自然科学基金重点项目，在国内首先实现P型ZnO转变、在国际上首次采用MOCVD结合NO-N₂O混合源N掺技术，研制出ZnO同质PN结和LED原型器件，实现室温电致发光。研究成果获2007国家自然科学二等奖，并得到国际同行的认可。
    
    叶志镇教授课题组在前期工作基础上，采用脉冲激光沉积（PLD）技术，提出富氧条件下Li、Na掺杂技术，实现空穴浓度10 ¹⁸/cm³。此次制备的ZnO-LED，就是采用PLD技术，在n型ZnO单晶衬底上，通过Na掺杂，生长出一层P型ZnMgO薄膜，得到PN结。随后，在PN结两侧分别沉积Ni/Au和Ti/Au电极，制备出LED原型器件。器件在室温下接通电流，能持续大面积均匀发光20多分钟。
    
    课题组将在现有工作基础上，拟采用多量子阱结构、改进工艺、实现封装，进一步提高LED发光效率，为ZnO节能环保白光照明的早日实现提供技术支撑。
    
    （张俊）