III族氮化物LED已被广泛应用于照明、显示等领域。但是其固有的p型掺杂水平低、强极化等问题依然困扰着技术发展。传统能带工程调控手段在解决这些问题时已经显得捉襟见肘，如何针对或利用氮化物半导体的特点发展新的能带工程调控手段是面临的重大科学挑战。III族氮化物材料存在金属极性和氮极性两种极性。常用的氮化物材料与器件均为金属极性，这得益于其较高的晶体质量。但与金属极性材料相比，氮极性材料具有一些独特的优势。然而，氮极性材料的生长窗口窄，较低的晶体质量长期制约了氮极性材料的研究进展。因此，探索高质量氮极性材料的外延生长机理和方法，并以此为基础深入研究氮极性材料与器件的物理性质，是拓展氮化物半导体调控维度、丰富极化工程内涵、进而解决现有器件面临的瓶颈问题的关键。
吉林大学张源涛教授与沙特阿卜杜拉国王科技大学李晓航教授合作，创新性提出了氮极性n-GaN/AlGaN/极化诱导p-AlGaN隧道结与LED结合的器件结构，在国际上首次研制出氮极性氮化物隧道结LED。与无隧道结的氮极性LED相比，氮极性隧道结LED的串联电阻降低了40%，外量子效率提高了70%。

图. （a）氮极性隧道结LED结构示意图，（b）隧道结LED和参考LED的I-V特性曲线，（c）隧道结LED的电致发光谱，（d）不同注入电流下隧道结LED和参考LED的发光强度与外量子效率。
相关成果于2020年5月28日以“Demonstration of N-Polar III-Nitride Tunnel Junction LED”为题发表在ACS Photonics (ACS Photonics, 7, 1723 (2020))。该工作发表后被半导体行业期刊Semiconductor Today进行了专题报道，并指出这是国际上首次实现氮极性氮化物隧穿结LED。
论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.0c00269
专题报道链接：http://www.semiconductor-today.com/news_items/2020/jul/kaust-300720.shtml