16.3： <i>特邀论文：</i> 采用铕掺杂氮化镓的红光发光二极管（LED）在单片集成微显示技术中的新发展

摘要： 为满足三基色（RGB）单片集成及高分辨率显示器的发展需求，开发红光发射氮化物半导体已成为迫切要求。此类显示器是实现"智能社会"（即网络空间与物理空间交互融合）的关键设备，而基于氮化镓的高效红光LED研发正是其中的核心环节。当前蓝绿光LED采用InxGa1-xN/GaN多量子阱作为有源层，其发光波长由InGaN中铟组分决定。实现红光LED的简易方法是提高铟组分至0.5，但高铟组分会导致InGaN与GaN间晶格失配加剧，严重劣化量子阱的晶体质量，同时引发巨大压电场效应，通过量子限制斯塔克效应抑制辐射复合。我们致力于半导体内中心光子学研发——这种新型光子学利用半导体中掺杂稀土离子的4f壳层内跃迁。2009年我们发明了基于铕掺杂氮化镓（GaN:Eu）的窄带红光LED，在621nm处观测到半高宽小于1nm的主发射峰（对应Eu3+离子的5D0–7F2跃迁），该波长对环境温度表现出极高稳定性。通过优化器件工艺，LED输出功率已稳步提升至1mW以上?；诖撕旃釲ED，可构建包含RGB氮化镓LED的小型单片高分辨率光学器件，应用于微LED显示及照明技术。当前限制发光功率提升的关键因素是GaN:Eu中铕发射相对较长的辐射寿命（约300微秒）。根据费米黄金法则，通过增加自发辐射频率处的光子态密度可调控Eu离子自发辐射速率——平面法布里-珀罗腔已证实该原理。我们通过在原子尺度主动操控Eu离子辐射复合概率（即调控微纳腔中的光子?。灾嵘耸涑龉β剩涸谟葾lGaN/GaN分布布拉格反射镜和银反射镜构成的微腔中，室温光泵浦下铕发射强度提升21倍；初步采用ZrO2/SiO2与AlInN/GaN DBR构成微腔的LED器件，输出功率增强达10倍。本次报告将阐述该LED的研发现状及进一步提升输出功率的策略。