刘忠范等在石墨烯上外延深紫外LED研究中取得新进展

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　深紫外LED可以广泛应用于杀毒、消菌、印刷和通信等领域，国际水俣公约的提出，促使深紫外LED的全面应用更是迫在眉睫，但是商业化深紫外LED不到10%的外量子效率严重限制了深紫外LED的应用。AlN材料质量是深紫外LED的核心因素之一，AlN薄膜主要是通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法异质外延生长在c-蓝宝石、6H-SiC和Si（111）衬底上，AlN与衬底之间存在较大的晶格失配与热失配，使得外延层中存在较大的应力与较高的位错密度，严重降低器件性能。与此同时，AlN前驱体在这类衬底上迁移势垒较高，浸润性较差，倾向于三维岛状生长，需要一定的厚度才可以实现融合，增加了时间成本。

　　最近，中国科学院半导体研究所照明研发中心与北京大学纳米化学研究中心、北京石墨烯研究院刘忠范团队合作，开发出了石墨烯/蓝宝石新型外延衬底，并提出了等离子体预处理改性石墨烯，促进AlN薄膜生长实现深紫外LED的新策略。通过DFT计算发现，等离子体预处理向石墨烯中引入的吡咯氮，可以有效促进AlN薄膜的成核生长。在较短的时间内即可获得高品质AlN薄膜，其具有低应力、较低的位错密度，深紫外LED器件表现出了良好的器件性能。该成果以Improved Epitaxy of AlN Film for Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Enabled by Graphene 为题发表在《先进材料》上（Adv. Mater.，DOI: 10.1002/adma.201807345）。半导体所研究员李晋闽、魏同波与北京大学刘忠范、研究员高鹏作为论文共同通讯作者，陈召龙与刘志强为论文共同第一作者。

　　同时，魏同波与刘忠范团队合作提出了石墨烯/NPSS纳米图形衬底外延AlN的生长模型，理论计算和实验验证了石墨烯表面金属原子迁移增强规律，石墨烯使NPSS上AlN的合并时间缩短三分之二，同时深紫外LED功率得到明显提高，使深紫外光源有望成为石墨烯产业化的一个突破口。相关成果在Appl. Phys. Lett. 114, 091107 (2019)发表后被选为Featured article，并被AIPScilight 以New AlN film growth conditions enhance emission of deep ultraviolet LEDs 为题专门报道，也被半导体领域评论杂志Compound Semiconductor 杂志版（2019年第3期）和Semiconductor Today 同时长篇报道。

　　此外，针对深紫外发光器件中p型掺杂国际技术难题，刘志强提出了缺陷共振态p型掺杂新机制，该方法基于能带调控，获得高效受主离化率的同时，维持了较高的空穴迁移率，实现了0.16 Ω.cm的p型氮化镓电导率，为后续石墨烯在深紫外器件透明电极中的应用奠定基础。相关成果发表在Semicond. Sci. Technol. 33, 114004 (2018)，并获该期刊2018年度青年科学家最佳论文奖，该成果也得到2014年诺贝尔物理学奖获得者Amano的积极评价。

　　上述系列研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然基金的支持。

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刘忠范院士1983年毕业于长春工业大学，84－93年留学日本，90年获东京大学博士，91－93年东京大学和分子科学研究所博士后，93年6月回北京大学任教，历任副教授（93.6）、教授（93.8）和长江特聘教授（99）。93年首批入选国家教委跨世纪优秀人才计划、94年获首批基金委杰出青年科学基金资助。2011年当选中国科学院院士，2013年入选中组部万人计划杰出人才。

    刘院士主要从事低维碳材料研究。在碳纳米管和石墨烯的精确结构调控生长以及碳材料化学等研究方面取得重要突破，发展了低维碳材料的化学气相沉积生长方法学和光化学能带工程方法。发表学术论文360余篇，获授权中国发明专利19项。曾任国家攀登计划（B）、973计划和纳米重大研究计划项目首席科学家，现任国家自然科学基金“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人（三期）。1997年获香港求是科技基金会杰出青年学者奖，2007年获高等学校科学技术奖自然科学一等奖，2008年获国家自然科学二等奖，2012年获中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖和宝钢优秀教师特等奖等。

高鹏，北京大学物理学院研究员，2010年在中国科学院物理研究所获得凝聚态物理学博士学位，2010-2015年间在美国密歇根大学、美国布鲁克海文国家实验室、日本东京大学从事博士后研究工作。从2005年开始一直从事透射电子显微学相关的研究，发表论文30余篇，其中包括9篇Nature子刊和1篇Science。曾获中国科学院宝洁奖、优秀毕业生奖，中科院物理所所长优秀奖、表彰奖等，2014年入选日本振兴学会（JSPS）外国人特别研究员。

李晋闽，男，博士，研究员，博士生导师。1982年在西安交通大学获得电子工程系半导体物理与器件专业工学学士学位，1984年在信息产业部电子第十三研究所获得半导体材料与器件物理专业工学硕士学位，1991年在中科院西安光学精密机械研究所获得光学专业理学博士学位。1991～1993年：在半导体研究所作博士后研究工作，从事GaAs材料的生长及器件研究，在III-V GaAs红外量子阱探测器方面做出了较有影响的研究工作；1993～1995年：在半导体研究所从事新型半导体材料的研究工作；1995～2002年，任半导体研究所材料中心主任，所长助理，所学术委员会委员，从事新型半导体材料研究工作，主持并完成了国家"九五"重大科技攻关项目"北方微电子基地"的"国家新型半导体材料研究基地建设"以及"新型半导体材料"项目，包括：亚微米、深亚微米CMOS电路用薄层外延Si材料项目；双异质SOI材料项目；高温MESFET用GaN外延材料；高温功率器件用MBE SiC材料；1999.10～2002.01：访美学者。1999～至今：半导体研究所创新工程重大项目"半导体功能材料"负责人。在科研、科研管理的同时，积极探索科研成果转化为生产力的途径，积极寻求社会资本，参与组建了北京中科镓英半导体有限责任公司，致力于化合物半导体单晶材料和外延材料的开发生产。