基于组分渐变多量子阱AlGaN基LED的紫外宽谱光源

胡博宇; 蒋科; 张山丽; 刘客汐; 秦子越; 陈瑞华; 张春月; 孙晓娟; 黎大兵

doi:10.3724/CJL.20260178

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基于组分渐变多量子阱AlGaN基LED的紫外宽谱光源

器件制备及器件物理 | 更新时间：2026-10-30

- 基于组分渐变多量子阱AlGaN基LED的紫外宽谱光源
  增强出版
- Ultraviolet Wide-spectrum Light Source Based on AlGaN LED with Varied-composition Multiple Quantum Wells
- 发光学报 2026年47卷第10期页码：1883-1893
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学光电学院，北京 100049
- 作者简介：
  
  胡博宇（2001-），男，湖南永州人，硕士研究生，2023年于吉林大学获得学士学位，主要从事AlGaN基深紫外LED的研究。 E-mail： huboyu23@mails.ucas.ac.cn
  孙晓娟（1981-），女，辽宁朝阳人，博士，研究员，2012年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事AlN基材料生长与光电子器件的研究。E-mail： sunxj@ciomp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2021YFA0715600);国家自然科学基金(62425408;62121005;12234018);中国科学院青年创新促进会项目(2023223)
- DOI：10.3724/CJL.20260178
  中图分类号： TN312.8
- CSTR：32170.14.CJL.20260178
- 收稿：2026-05-18，
  
  修回：2026-06-03，
  
  纸质出版：2026-10-25
- 稿件说明：
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胡博宇,蒋科,张山丽等.基于组分渐变多量子阱AlGaN基LED的紫外宽谱光源[J].发光学报,2026,47(10):1883-1893.

HU Boyu,JIANG Ke,ZHANG Shanli,et al.Ultraviolet Wide-spectrum Light Source Based on AlGaN LED with Varied-composition Multiple Quantum Wells[J].Chinese Journal of Luminescence,2026,47(10):1883-1893.
胡博宇,蒋科,张山丽等.基于组分渐变多量子阱AlGaN基LED的紫外宽谱光源[J].发光学报,2026,47(10):1883-1893. DOI： 10.3724/CJL.20260178. CSTR： 32170.14.CJL.20260178.

HU Boyu,JIANG Ke,ZHANG Shanli,et al.Ultraviolet Wide-spectrum Light Source Based on AlGaN LED with Varied-composition Multiple Quantum Wells[J].Chinese Journal of Luminescence,2026,47(10):1883-1893. DOI： 10.3724/CJL.20260178. CSTR： 32170.14.CJL.20260178.

摘要

为克服传统AlGaN基发光二极管光谱较窄的局限性，通过设计有源区结构，成功制备了AlGaN基宽谱LED。该研究通过平衡量子阱发光与p型AlGaN层中的缺陷发光，实现了光谱展宽。实验表明，采用Al组分沿

轴方向递增的量子阱，可在有源区靠近p侧形成有效势垒。该势垒减少了注入量子阱空穴，削弱了有源区的辐射复合，并将大量空穴阻挡在p型层中，从而增强了谱宽更大的缺陷发光，使整体发射光谱展宽。额外引入高Al组分量子阱对光谱展宽的贡献有限，其主要作为一高势垒影响载流子的注入和在多量子阱内的分布。最终，量子阱Al组分沿

轴逐渐升高且各Al组分均设单量子阱的器件展现出最优的宽谱性能，电致发光光谱半高全宽约为41.4 nm。此外，该研究将该器件与合束器结合，演示了一种波长覆盖260~400 nm波段的紫外光源系统，证实其可有效拓展光谱范围、降低系统集成复杂度。该研究为开发结构紧凑、光谱可定制化的先进紫外光源系统奠定了坚实基础，将推动紫外宽谱光源的实用化进程。

Abstract

To overcome the narrow spectral width of conventional AlGaN-based light-emitting diodes， we designed the active region and fabricated an AlGaN-based broadband LED. We achieved spectral broadening by balancing quantum well emission and defect-related emission from the p-type AlGaN layer. Experiments show that quantum wells with Al composition increasing along the

-axis create an effective barrier near the p-side of the active region. This barrier reduces hole injection into the quantum wells and weakens radiative recombination there. Meanwhile， it blocks numerous holes in the p-type layer and thus enhances defect emission， which exhibits a much broader spectrum. Consequently， the overall emission spectrum widens. An

additional quantum well with high Al composition contributes little to further broadening. It mainly acts as a high barrier that affects carrier injection and distribution among the multiple quantum wells （MQWs）. The device with Al composition gradually increasing along the

-axis and a single quantum well at each Al fraction displays the best broadband performance， achieving an electroluminescence full width at half maximum （FWHM） of about 41.4 nm. This device was also combined with a beam combiner to demonstrate an ultraviolet light source covering 260 nm to 400 nm. This device effectively extends the spectral range and reduces system integration complexity. This work lays a solid foundation for compact and spectrally customizable advanced ultraviolet light sources and will promote the practical application of broadband ultraviolet sources.

关键词

Keywords

references

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