我院张紫辉教授、楚春双副教授团队在实现高发光效率、高调制带宽的AlGaN基深紫外发光二极管（DUV LED）方面取得重要突破，并在光电领域知名期刊《Applied Physics Letters》发表了题为《Diffusing the photon-assisted regenerated holes to increase the WPE for 259 nm AlGaN-based DUV LEDs with three-dimensional n-ZnO/p-AlGaN photon-sensitive micro-structure arrays》的研究论文。

针对DUV LED存在的深紫外光子自吸收效应严重的问题，研究团队创新性地提出在p型空穴注入层中引入“光子循环诱导载流子再生”结构，即利用一种反向偏置的三维n-ZnO/p-AlGaN微结构阵列，使无法逃逸出来的深紫外光子在p型区内实现光-电之间的能量连续转换，如图1所示。该设计一方面抑制了p-AlGaN层表面的空穴耗尽效应，从而降低p型接触电阻；另一方面显著增强了向有源区的空穴注入效率。实验结果表明，在45 mA注入电流下，所提出器件的正向工作电压降低25%，光输出功率提升47%，最终使259 nm AlGaN基深紫外LED的电光转换效率（WPE）提升46%。

图1 参考器件R与具有光子循环结构的器件A的制备工艺流程示意图：(a) 外延生长；(b) ICP刻蚀形成台面；(c) 器件R沉积SiO₂层、(d) 器件R沉积n型电极和(e) p型电极；(f) 器件A进行ICP刻蚀形成微孔；(g) ZnO层填充；(h) 器件A沉积SiO₂层、(i) 器件A沉积n型电极和(j) p型电极

这主要得益于图2（a）和（b）中实现的光子-自由载流子能量转换物理过程：光敏n-ZnO/p-AlGaN结将光子转化为电子-空穴对，其中再生空穴被重新注入量子阱中，而电子则经n-ZnO区导出器件。图2（c）所示的一维n-ZnO/p-AlGaN/n-ZnO能带图表明：n-ZnO/p-AlGaN界面处的内建电场使横向能带弯曲程度大幅增加，不仅有利于空穴向p型层输运，也抑制了p-AlGaN表面的空穴耗尽效应。图2（d）和（e）分别展示了n-ZnO微柱下方及两微柱之间的纵向能带分布。图2（d）表明：n-ZnO/p-AlGaN结形成的电场具有“空穴加速”作用，在促进空穴向p型层输运的同时，还可以直接将空穴注入到量子阱中。由此可见，三维n-ZnO/p-AlGaN结构的电荷耦合效应可以直接促进再生空穴注入到多量子阱区域，也可以促使空穴补偿p型层表明的空穴耗尽效应，从而提升深紫外LED的发光效率并降低器件的接触电阻。

图2 (a) 器件A的三维结构示意图；(b) 载流子再生及输运过程；在45 mA注入电流下(c) n-ZnO/p-AlGaN/n-ZnO结构的横切一维能带图；(d) n-ZnO/p-AlGaN/量子阱异质结区与（e）p-GaN/p-AlGaN/量子阱异质结区的纵切一维能带图

广东工业大学楚春双副教授为论文第一作者，广东工业大学张紫辉教授为通讯作者。广东工业大学集成电路学院为论文第一完成单位。

[1] Chu, Chunshuang; Du, Meixuan; Li, Wenjie; Liu, Jianyu; Liu, Naixin; Yan, Jianchang; Zhang, Yonghui; Zhang, Zi-Hui. Diffusing the photon-assisted regenerated holes to increase the WPE for 259 nm AlGaN-based DUV LEDs with three-dimensional n-ZnO/p-AlGaN photon-sensitive micro-structure arrays. APPLIED PHYSICS LETTERS, 2025, 127(16):163310.