UVLEDTEK研发团队“紫外发光芯进展”被国际半导体权威刊物相继报道
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单片集成光电倍增转换器的半导体深紫外发光二极管芯片
Monolithic integration of deep ultraviolet LED with a multiplicative photoelectric converter
陈长清、戴江南研发团队首次将p-i-n的探测结构单片集成在深紫外LED芯片中，实现了载流子循环注入、光倍增放大功能，获得了21.6%这一国际最高电光转换效率值。
长期以来，半导体深紫外LED技术虽然被广泛看好，但因其光电转化效率始终无法突破10%，徘徊在商业化应用初级阶段难以前行， 其节能、环保、便携、寿命长，可广泛应用于医用光疗、杀菌消毒、空气净化、保密通讯、气体检测的市场潜力无法释放。
对此，日本理化学研究所H.Hirayama研究团队、德国柏林工业大学C.Kuhn研究团队曾陆续提出过以电子阻挡层抑制电子的泄漏、使用隧穿结来代替P型铝镓氮层提高空穴注入效率等多种方式，均未取得突破性进展。
陈长清、戴江南团队本次研发成果解决了这一国际难题。
单片集成技术，是将两个或两个以上器件或功能结构集成在单颗芯片中，并利用它们之间的相互作用提高设备的性能。本质上，这种系统级的创新能构建一个新的器件环境，实现“片上系统”。陈长清、戴江南科研团队提出了引入单片集成技术的新思路，将p-i-n氮化镓探测结构原位生长在深紫外LED外延结构上（MPC-DUV LED：Monolithic integration of deep ultraviolet LED），实现具有载流子循环注入、光倍增放大功能的芯片器件。
陈长清、戴江南团队通过长时间的调研和探索，创新性地将p-i-n的探测结构应用在深紫外LED芯片中，可以将量子阱有源区所发射的280 nm以下的深紫外光吸收，并转换为新的电子空穴对。在外加高电压的作用下，产生的电子空穴对发生分离，空穴载流子在电场作用下向量子阱方向漂移，并重新注入到量子阱中。
研究发现，在小电流下，传统DUV LED芯片是电流驱动的工作模式，其出光功率呈线性增长。与之不同的是，MPC-DUV LED芯片是电压驱动的工作模式，其出光功率呈指数型增长。
研究进一步揭示了小电流下MPC-DUV LED芯片获得超高转换效率的机理。通过APSYS仿真计算，i-GaN层中的电场可达5×106 V/cm，超过氮化镓材料中盖革模式的阈值电场（2.4~2.8×106 V/cm），因而有极大的概率在耗尽层中发生碰撞电离，获得几十乃至上百倍的高增益，从而实现空穴载流子数量级的提高。
整个光电循环的过程中量子阱中电子和空穴发生复合发光，一部分深紫外光子从器件底部逃逸出去，另一部分光子进入到MPC结构中被吸收，高能量的深紫外光子激发氮化镓材料产生相应的电子空穴对，并在外加电压的情况下发生分离，空穴在耗尽区强电场的作用下发生碰撞电离，多次倍增后重新注入到量子阱中，与量子阱中原有的电子发生新的辐射复合，如此循环，最终大幅提高了载流子注入效率。
陈长清、戴江南团队自2008年加入华中科技大学武汉光电国家研究中心（原武汉光电国家实验室（筹））组建以来，一直专注于半导体深紫外发光芯片器件领域的探索研究。
近年来，在AlGaN(AlN)核心材料外延生长（其中制备的高质量AlGaN外延核心材料，在助力2018年09月07日中国海洋一号C卫星成功发射方面发挥了重要作用）（ Crystengcomm, 21, 4072-4078, 2019; Applied Physics Letters, 114, 042101, 2019），芯片设计（ACS Photonics, 6, 2387-2391, 2019; IEEE Electron Device Letter, 2948952, 2019; Optics Express, 27, A1601-A1604, 2019），器件制备（ACS Applied Material Interfaces, 11, 19623-19630, 2019; IEEE Transaction on Electron Devices, 65, 2498-2503，2018）和新结构新机理探索（Nano Energy, 104181, 2019; Optics Letter, 44, 1944-1947, 2019）等方面展开了系列科学研究。
已发表中科院JCR一区论文10篇，获批国家级项目12项（其中国家重点基础研究发展计划973项目课题（含子课题）2项（N0.2010CB923204, 2012CB619302）、国家自然科学基金研究重大专项子课题1项（N0.10990103）、国家重点计划研发课题（含子课题）3项（No. 2018YFB0406602, 2016YFB0400901, 2016YFB0400804），面上基金项目4项(No. 61774065, 60976042, 61675079, 61974174)，青年基金项目2项（No. 51002058, 61704062）。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.9b00882
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519308882?via%3Dihub
专栏报道链接：
http://www.semiconductor-today.com/news_items/2019/oct/kaust-301019.shtml
https://compoundsemiconductor.net/article/109321/Integration_Boosts_Deep_UV_LED_Efficiency
