深紫外LED器件因对新型冠状病毒具有显著的灭杀效果而成为面向人民生命健康的国家重大需求，高铝组分铝镓氮（AlGaN）的高效p型掺杂是实现高性能深紫外LED器件的关键。然而，AlGaN中镁（Mg）杂质离化能很大，成为实现其高效p型掺杂的核心难题。短周期超晶格技术路线能有效降低AlGaN中Mg杂质的离化能，并通过微带有效提升载流子输运性能；但是，短周期超晶格中微带的形成要求可控制备亚纳米厚度势垒层，这对氮化物半导体的主流制备方法MOCVD外延技术是一个巨大挑战。
针对这一难题，人工微结构和介观物理国家重点实验室许福军副教授、沈波教授团队创新发展了一种“脱附控制超薄层外延”方法，成功实现了厚度为3个原子层（约为0.75 nm）的高Al组分AlGaN的可控外延（如图）。基于该方法制备的p型AlGaN 短周期超晶格（等效Al组分超过50%）中Mg受主离化能大幅度降低至17.5 meV，使得室温空穴浓度达到8.1×1018 cm-3；同时亚纳米超薄势垒层保证了超晶格中微带的形成，为空穴的纵向输运提供了通道。将该p型AlGaN超晶格结构应用到发光波长280 nm的深紫外LED器件中，其载流子注入效率及光提取效率（配合高反射率p型电极）均得到显著提升，100 mA下出光功率达到17.7 mW。
左图：脱附控制AlGaN双层结构示意图；右图：双层的Z对比图像。
脱附时间和初始Al组成分别为80秒（1100 ℃）和46%。
2022年3月24日，相关研究成果以“亚纳米超薄铝镓氮的制备及其在高效率掺杂中的应用”（Sub-nanometer ultrathin epitaxy of AlGaN and its application in efficient doping）为题在线发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）上。北京大学物理学院博士后王嘉铭和2014级博士研究生王明星为共同第一作者，许福军和沈波为共同通讯作者；合作者包括人工微结构和介观物理国家重点实验室客座教授葛惟昆和宽禁带半导体研究中心的部分老师和同学。
上述研究工作到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-00753-4
信息来源：北京大学物理学院网站
