7月8日，南昌大学江风益院士团队完成的“V缺陷三维PN结及应用”项目，荣获2025年度国家自然科学奖一等奖，实现江西在国家自然科学奖一等奖上的突破。

这项成果聚焦硅基氮化镓LED，团队没有沿着国外已有技术路线继续跟随，而是从一种长期被视为不利因素的材料缺陷入手，提出新的理论方法，并将基础研究成果转化为照明、显示等领域的实际产品。

       从一处特殊缺陷中发现新可能

在氮化镓LED材料中，位错缺陷通常会造成能量损耗，降低发光效率。因此，过去人们普遍认为，材料中的缺陷应当越少越好、尺寸越小越好。

研究团队在研究中却发现，由位错形成的特定大尺寸V形结构，并不只是有害。实验显示，这类结构出现后，器件的工作电压有所降低，一些发光性能反而得到改善。

这一现象促使团队重新思考V缺陷的作用。经过持续实验和理论计算，他们发现，V缺陷的立体侧壁可以为带正电的载流子，也就是空穴，提供新的传输通道，使其更容易进入LED的发光区域。同时，这种结构还有助于改善发光区域的材料质量。

把平面的发光结构变成立体通道

LED发光，需要电子和空穴在发光区域相遇并释放能量。传统极性面氮化镓LED中，空穴主要沿垂直方向进入发光区域，但这一过程需要跨越较高的能量障碍，注入效率受到限制。

研究团队利用V缺陷形成的立体侧壁，提出V缺陷三维PN结理论方法。简单来说，就是把原本主要呈平面的核心发光结构，拓展为具有立体侧壁的三维结构。

借助这一结构，空穴可以从能量障碍相对较低的侧壁进入发光区域，原有的传输路径由此得到改变。曾被认为需要尽量消除的缺陷，经过科学认识和结构设计，成为提升器件性能的重要条件。

基于这一理论方法，团队提高了黄光和红光LED的电光转换效率，也改善了蓝光、绿光LED的电注入效率。其中，黄光LED在常规工作电流密度下的电光转换功率效率达到33%，在较小电流密度下峰值达到70%，为改善氮化镓LED在黄光、红光等长波段效率下降问题提供了新路径。

让基础研究走向照明与显示产品

围绕相关理论和技术，团队进一步开拓了纯芯片LED照明路线。与通过荧光粉转换光色的传统方案不同，这条路线可以由不同颜色的LED芯片直接组合发光。相关产品已批量应用于路桥照明、氛围照明等场景，显示芯片还应用于特种专项装备。

研究团队还实现了硅基氮化镓LED与硅基电路的晶圆级集成，将发光芯片和控制电路在晶圆制造环节进行结合，研制出微型显示屏和黄光AR眼镜。

从重新认识一种材料缺陷，到提出三维PN结理论，再到研制芯片和显示产品，这项成果贯通了基础研究、技术开发与产业应用。

当前，江西正深入实施基础研究“2030启航计划”，持续推进省科技重大专项“2030先锋工程”，在前沿科学探索、关键核心技术攻关和科技成果转化等方面不断发力。江风益团队的探索表明，基础研究并不遥远。对一个特殊现象的持续追问，既可能改变人们对材料结构的认识，也可能催生新的芯片技术和产业应用，为江西电子信息产业创新发展提供科技支撑。

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审校：涂金凤、陈小赤、王鹏宇