铭镓团队首次发现 α

 近日，中国科学院半导体研究所、北京邮电大学、北京铭镓半导体公司与日本佐贺大学联合团队在国际权威期刊《Applied Physics Letters》发表突破性成果，国际首次系统揭示α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃薄膜的深紫外（DUV）光致发光特性，在40 K 低温同步辐射激发下观测到239 nm与258 nm强DUV发射，证实该材料是极具潜力的深紫外发光材料，填补了该领域研究空白。

01研究背景.

深紫外（200–280 nm）光电器件在安防预警、紫外通信、生物检测、高密度光存储等领域不可或缺。超宽带隙α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃具备带隙连续可调（5.3–8.5 eV）、高稳定、耐高温等优势，是理想的DUV光电材料。

但长期存在两大难题：

1）传统光源无法激发其全光谱，发光特性研究缺失；

2）α相氧化镓铝难以实现高效深紫外发光，限制其在LED、LD等发光器件中的应用。

此前学界仅有探测应用报道，无任何关于其深紫外发光的系统研究。

图 1 不同Al组分α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃薄膜的EDS能谱解析

02核心内容Digital Technology Summit

团队采用脉冲激光沉积（PLD） 在a面蓝宝石衬底制备不同Al组分（x=0.17–0.94）的 α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃薄膜，利用日本佐贺光源同步辐射装置，在40 K低温下系统测试从深紫外到红光的PL光谱：

1. 关键实验结果

1). XRD 证实(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃薄膜为α相(110)晶面，衍射峰随Al含量升高向高角度偏移，晶格常数随Al掺入线性减小；

2). 带隙随Al组分从6.8 eV连续调至8.5 eV，符合维加德定律；

3). 薄膜在250–800 nm波段透过率超80%，表面均匀性优异。

2. 全波段发光行为

1). 深紫外区：观测到239 nm、258 nm主导强发射峰，为国际首次发现；

2). 可见区：蓝-黄宽谱发射，源于氧空位相关F⁺/F心、间隙Al等本征缺陷；

3). 红光区：690 nm尖锐峰，归因于微量Cr³⁺离子跃迁（²E→⁴A₂）；

3. 深紫外发光机制解析

1). 258 nm：氧空位等缺陷附近的局域受激激子复合；

2). 239 nm：深能级缺陷复合（氧空位、间隙Al离子），与Ga组分无关。

图 2 样品的XRD图谱

图 3 样品的透射光谱及吸收光谱

图 4 40K 低温下样品在650–750 nm波段的光致发光光谱

图 5 40K 低温下样品在200–650 nm波段的光致发光光谱及高斯拟合

03创新亮点Digital Technology Summit

1. 研究体系首创：国际首次系统开展α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃的深紫外发光研究，填补学术空白；

2. 测试方法突破：采用同步辐射作为激发源，解决传统光源无法激发超宽带隙材料全光谱的难题；

3. 应用价值革新：证实该材料具备强 DUV 发光，从 “探测材料” 拓展为 “探测 + 发光” 双功能材料，为 DUV-LED/LD 提供全新候选体系。

结论与展望

本研究确凿证明α-(AlₓGa₁₋ₓ)₂O₃薄膜是高性能深紫外发光材料，其239/258 nm双波长强发射为深紫外发光器件提供新路径。

该成果将推动日盲紫外通信、芯片无损检测、生物荧光成像等领域发展，为我国超宽带隙半导体光电子器件自主可控提供核心材料支撑。团队后续将开展变温/时间分辨PL研究，精确定位发光中心，并推进深紫外LED器件研制。