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作為一種使用最廣泛的III-V族半導(dǎo)體材料，氮化鎵由于其具有卓越的電致發(fā)光特性而被廣泛的應(yīng)用于光電器件的制備中，包括發(fā)光二極管、激光二極管和平板顯示器等等。
隨著電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用的需要，制備柔性的或者可印刷式的光電器件成為一種巨大的需求。其面臨的主要的挑戰(zhàn)就是各種光電器件在有自身形變存在的情況下，工作性能將會發(fā)生什么改變。最近，基于壓電光電子學(xué)效應(yīng)，美國佐治亞理工學(xué)院講席教授王中林課題組的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在氮化鎵的薄膜中引入應(yīng)變時，其電致發(fā)光性能可以得到調(diào)節(jié)，其中外量子效應(yīng)在現(xiàn)有的試驗條件下可以得到5.84%的改善。在未來的應(yīng)用中，可以通過在光電器件制備過程中預(yù)先引入適當(dāng)?shù)男巫�，使其發(fā)光性能得到最佳優(yōu)化。
壓電光電子學(xué)是壓電效應(yīng)、光子特性和半導(dǎo)體特性三相耦合的一種效應(yīng)，它通過應(yīng)變引起的壓電勢來調(diào)節(jié)和控制電光過程，或者反過來利用電光過程調(diào)節(jié)和控制力的作用。該效應(yīng)由王中林小組于2009年首次發(fā)現(xiàn)。
在過去幾年的研究中，這種力、電、光的三相耦合被用于優(yōu)化光電池，提高光探測器的靈敏度，以及提高發(fā)光二極管的效率。這項由胡又凡，張巖和王中林等最新的研究中，兩塊透明的ITO電極沉積在鎂摻雜的氮化鎵薄膜上，得到一個ITO-氮化鎵-ITO(金屬-半導(dǎo)體-金屬)的器件結(jié)構(gòu)。通過在器件中引入不同的應(yīng)變條件，金屬-半導(dǎo)體接觸界面處的電致發(fā)光性能可以得到調(diào)節(jié)。這是因為，作為一種壓電材料，當(dāng)?shù)壉∧ぶ写嬖谶m當(dāng)?shù)膽?yīng)變時，將會在金屬-半導(dǎo)體界面處引入帶正電或者帶負電的壓電極化電荷，這些極化電荷的存在會調(diào)節(jié)界面處半導(dǎo)體材料中少數(shù)載流子的注入效率，而該效率將會直接影響到界面處的電致發(fā)光性能。該項研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于氮化鎵薄膜中淺能級雜質(zhì)相關(guān)的電致發(fā)光過程，其外量子效率可以得到5.84%的改善，而對于深能級雜質(zhì)相關(guān)的發(fā)光過程，其外量子效率的改善只有0.54%。這表明，壓電光電子效應(yīng)對于前者具有更大的影響作用。
作為一種主導(dǎo)的光電器件材料，該項研究成果提供了氮化鎵薄膜在應(yīng)力存在的條件下其光電特性的影響，對于這種材料未來在柔性光電器件方面的應(yīng)用具有重大的意義。
