2026年5月21日，《Advanced Functional Materials》在线刊发了武汉光电国家研究中心戴江南教授团队题为“具有21%创纪录电光转换效率的大功率III族氮化物深紫外光发射器（High-Power III-Nitride Deep-Ultraviolet Light Emitters with Record 21% Wall-Plug Efficiency）”的论文。华中科技大学为唯一完成单位，戴江南教授、彭洋副教授为共同通讯作者，博士生魏御繁、高志伟为共同第一作者，光学与电子信息学院陈长清教授为合作者。

以AlGaN基深紫外发光二极管（LED）和激光二极管（LD）为代表的III族氮化物光发射器是先进制造、秘密通信和公共安全中唯一可实用的新一代固态深紫外光源，也是替代传统汞灯、落实《水俣公约》战略的核心技术。由于电泵浦深紫外LD仍处于早期发展阶段，深紫外LED因其更高的技术成熟度和优越的实用性而引起了更多的关注。然而，为了使其在实际应用中成为有毒汞灯的可行替代品，通常需要至少20%的电光转换效率（WPE），同时还需要较高的单芯片输出功率。因此，迫切需要一种新的设计策略来进一步提高大功率深紫外LED芯片在大电流注入下的效率。

本工作开发了一种创新的协同光子重定向策略（cooperative photon-redirection strategy），以提高大功率深紫外LED的光电性能。首先，首次在芯片背面原位生长并优化了纳米多孔AlN（NP-AlN）薄膜，以增强光子散射。同时，创新设计了一种新型台面结构，该结构集成了全向反射器（ODR）和双面图案化蓝宝石衬底（PSS）。结果表明，NP-AlN和PSS的协同散射效应进一步扩展了芯片内的光传播路径。此外，新型台面结构可以增加深紫外光子的有效反射面积，并显著增强蓝宝石侧面的光提取。得益于外延层的高晶体质量和光提取效率的显著提高，深紫外LED在70 mA的注入电流下实现了21.2%的超高WPE。该结果是迄今为止深紫外光发射器报告的最高值，也代表了深紫外LED的WPE首次突破20%。最后，将研发的深紫外LED阵列模组集成在大流量水处理系统中，并证明了其在20 m^3/h的超高水流速下对细菌>99.999%的有效灭活。

该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。感谢华中科技大学先进微纳加工中心（国光微纳工艺与表征平台）、分析测试中心及重大仪器共享平台在样品制备、表征及相关分析等方面提供的支持和帮助。

华中科技大学戴江南教授领衔的氮化物超宽禁带半导体材料与芯片团队长期致力于超宽禁带半导体深紫外固态光源器件研究，在氮化物外延材料生长、紫外芯片制备、器件封装集成、模块应用等方面积累了丰富的研究成果，相关技术打破国外技术垄断，推动我国半导体深紫外光源技术从“跟跑”到“领跑”的跨越。团队最新深紫外发光研究成果入选ESI热点论文（Laser Photonics Rev. 2025, 19(8), 2401926; IEEE Electron Device Lett. 2025, 46(11), 2002-2005）、ESI高被引论文（Laser Photonics Rev. 2025, 19(8), 2401926），同时荣获2025年度中国电子学会科技进步奖一等奖、2025年度中国第三代半导体技术十大进展等。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.75969