近日，香港大學(xué)（HKU）工程學(xué)院宣布在氮化鎵（GaN）材料研究領(lǐng)域取得重大突破性進(jìn)展。該校機(jī)械工程系陸洋教授團(tuán)隊(duì)通過純物理機(jī)械拉伸方式，首次實(shí)現(xiàn)GaN材料發(fā)光顏色從紫外光到藍(lán)光的連續(xù)、可逆調(diào)控，為光電器件與功率半導(dǎo)體材料調(diào)控提供全新技術(shù)范式。

圖片來源：香港大學(xué)

氮化鎵作為藍(lán)光LED核心材料，廣泛應(yīng)用于顯示、照明、功率器件等領(lǐng)域。傳統(tǒng)技術(shù)主要依賴元素?fù)诫s或合金化（如InGaN）調(diào)控其發(fā)光波長(zhǎng)，易引發(fā)成分不均、缺陷引入等問題，制約器件性能與穩(wěn)定性。港大團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出“應(yīng)變工程”全新思路，無需改變材料化學(xué)組成，僅通過機(jī)械拉伸調(diào)控電子結(jié)構(gòu)，即可精準(zhǔn)控制發(fā)光特性。

實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)利用微納加工技術(shù)將塊體單晶GaN制備成微米級(jí)“微橋”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具備顯著尺寸效應(yīng)，可承受最高6.8%的超大彈性應(yīng)變而不發(fā)生斷裂。結(jié)合原位機(jī)械拉伸與陰極熒光（CL）系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)拉伸應(yīng)變達(dá)到3.9%時(shí)，GaN發(fā)光顏色發(fā)生明顯變化，帶隙從3.41eV連續(xù)紅移至3.08eV，發(fā)光波長(zhǎng)從紫外區(qū)（約365nm）進(jìn)入可見光區(qū)。最大應(yīng)變下，帶隙可進(jìn)一步降至2.96eV，波長(zhǎng)穩(wěn)定至420nm藍(lán)光波段，且整個(gè)拉伸-釋放過程完全可逆，材料無損傷。

這一突破性成果已發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《Physical Review X》，論文題為《Deep Elastic Strain Engineering of Free-Standing GaN Microbridge》。港大官方新聞稿指出，該技術(shù)成功規(guī)避傳統(tǒng)摻雜工藝的固有缺陷，兼具可逆性、可控性與無損傷性，為高性能光電器件、功率晶體管、射頻組件及Micro LED顯示技術(shù)提供全新解決方案。

相較于傳統(tǒng)方法，港大“機(jī)械應(yīng)變調(diào)控”技術(shù)具備三大核心優(yōu)勢(shì)：一是純物理調(diào)控，避免化學(xué)摻雜引入的晶格缺陷與性能波動(dòng)；二是連續(xù)可逆調(diào)控，可動(dòng)態(tài)切換發(fā)光波段，適配多場(chǎng)景應(yīng)用需求；三是微納結(jié)構(gòu)兼容，與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝高度契合，具備產(chǎn)業(yè)化潛力。

業(yè)內(nèi)專家表示，當(dāng)前全球?qū)捊麕О雽?dǎo)體市場(chǎng)快速擴(kuò)張，GaN基器件在新能源汽車、數(shù)據(jù)中心、5G通信等領(lǐng)域需求激增。港大此次突破不僅攻克GaN性能調(diào)控的技術(shù)瓶頸，更為第三代半導(dǎo)體材料創(chuàng)新提供全新研究范式，有望加速高性能光電器件與功率半導(dǎo)體的迭代升級(jí)，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)邁向更高水平。

（集邦化合物半導(dǎo)體整理）

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