蓝光LED芯片的实现使得蓝光技术结合于荧光粉二次激发推动了白光LED技术的不断发展和成熟化，也就是单晶型白光LED。短短几年的时间，单晶型白光LED几乎全面取代了冷阴极荧光灯管，逐渐应用于手机、电脑乃至电视显示等等。但是非自发光的劣势使得白光LED的色饱和度以及色彩辨识度不足成为其不可忽视的应用缺陷。因此，三原色混合白光LED（多晶型白光LED）更多地被选择应用在LED显示和Micro-LED显示技术的发展中。但是，不同色彩LED发光二极管的不同电学性质大大提高了器件驱动方式的设计难度，造成了成本的提高。如何得到单晶型并且可自发光的白光LED 甚至Micro-LED成为众多科研工作者们思考和待解决的问题。
图 1 器件示意图
课题组王潇璇博士发表了题为Electrically driven optical resonance of spherical ZnO whispering gallery mode microcavity的论文(Appl. Phys. Lett. 119, 021101 (2021))。激光烧蚀法制备的ZnO微球具有良好的结晶性和优异的激光特性，并且小尺寸和单分散的特性使得ZnO微球成为发展新型紫外发光器件的研究对象。更重要的是，ZnO微球各向同性的特殊结构使得其与p型衬底之间的点接触（如图1），从而可以大大地减小了界面处的光学损耗，提高了电流注入密度。因此，我们设计并构建n-ZnO微球/p-GaN薄膜的异质结发光器件。如图2左所示，在不同的电流强度注入下，器件显示稳定的电致发光光谱，发光中心为390 nm左右。插图中的CCD照片显示，发光来源于单个ZnO微球。并且，微球随着注入电流的增大逐渐变亮，这说明电致发光强度的增强。但是，发光光斑的大小几乎不变，这也说明了ZnO微球腔对光场的限域效应。之后，我们引入AlN作为器件的插入层，阻挡氧化锌一侧的电子，并减小界面处的光学损耗，实现器件中更多的ZnO激子空穴复合发光。如图2右所示，在AlN缓冲层对界面的优化下，我们得到了一系列光学振荡模式，这为进一步实现ZnO微球的激光二极管提供了有力的研究基础。
图 2 ZnO微球/p-GaN异质结和ZnO微球/AlN/p-GaN异质结变电流电致发光谱。插图为不同驱动电流下的CCD照片。
论文链接：
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0053600