中南大学机电工程学院汪炼成教授课题组在第三代半导体新型GaN基LED器件方面取得研究进展。

1）针对量子阱压电极化和荧光粉导致直调速率慢问题，利用自组装InGaN量子点有源区结构实现无荧光粉单芯片白光LED：1）比传统量子阱有源区应力减小，提高载流子的复合速度；2）利用In的不同迁移聚集得到大小形状不一的InGaN量子点，代表着不同程度的In局域化，获得宽谱白光。在电流密度为72A/cm²时达到最大3dB调制带宽为154MHz，同时光色电参数为相对色温为6253K，显色指数=72，有利同时实现照明和可见光通信。工作发表于光学1区杂志Photonics Research (Vol. 8, No. 7 / July 2020 /Photonics Research)。此工作所用样品为扬州中科半导体照明公司李盼盼提供。

2）此前，通过设计多纳米结构，用胶体特尔伯特光刻方法制造纳米柱、纳米孔、纳米环LED，释放应力，载流子复合寿命从最高17.1ns降至6.7ns，光致发光强度增加1倍 (Nanoscale,2017,9, 7021–7026)。

3）全湿法蚀刻新制造方法制造垂直结构金字塔微腔 Micro-LED，实现光泵浦激射，Q≈6070 ，显示提高发光调制速度方面潜力，工作发表于光学1区杂志Optics Letter（Vol. 42, No. 15 / August 1 2017 /Optics Letters 2977）。

4）针对传统白光LED斯托克斯转换和荧光延时导致直调速率慢问题，利用宽谱绿色LuAG:Ce结合窄谱红色量子点（CdSe/ZnS），实现具有高显色指数、光谱可有效调控的全光谱白光，并引入Ag、Au复合纳米颗粒，提高发光调制速度和光转换速度,工作发表于光学1区杂志Optics Letter（R. Wan, L. Wang*, Opt. Lett., 44, 17, 4155-4158 (2019)）。此工作被英国专业媒体杂志《Semiconductor Today》在线报道(http://www.semiconductor-today.com/news_items/2019/sep/csu-190919.shtml)。   

5）电流扩展是个很古老的话题，但是对于LED器件电压的降低和效率的提升非常的重要。LED电流扩展与效率droop的关系还没有一个定量化的研究。传统的ABC效率模型默认载流子，电流在LED器件是均匀分布的，但其实电流分布是不均匀的。 

我们把电流扩展的因素代入到传统ABC模型，得到了电流扩展与效率droop的关系：电流扩展长度是纵向比触电阻率，和横向触电阻的比值开方。这对于我们进行LED电极设计非常重要;LED的wall plug效率并不是纵向比触电阻率越小越好，对于wall plug效率来说，纵向比触电阻率存在最佳值，工作发表于IEEE J.  Quantum Electronics等杂志（IEEE J.  Quantum Electronics, VOL. 51, NO. 5, MAY 2015;      R. Q. Wan, L. C. Wang*, Chin. Phys. B Vol. 28, No. 1 (2019) 017203）。

以上工作合作单位为中国科学院半导体研究所半导体照明中心，工作得到国家重点研发计划战略性先进电子重点专项、湖湘高层次青年创新人才、中南大学创新驱动计划和高性能复杂制造国家重点实验室自主课题等项目的支持。