最近,由硅材料国家重点实验室
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)