近年来，六方氮化硼（hexagonal boron nitride, hBN）作为一种重要的超宽禁带半导体材料，以其独特的光电特性和层状结构，受到研究界的广泛关注。hBN在深紫外光电器件领域显示出巨大的应用潜力。然而，hBN薄膜的有效n型和p型掺杂问题，尤其是n型掺杂的实现，一直是制约其发展的科学和技术难题。西安交通大学电子学院李强团队近期在这一领域取得了重要突破，为深紫外光电器件的研究和应用开辟了新的方向。

早在2007年，科研人员便通过阴极发光（CL）测试首次证实hBN材料具有深紫外发光特性，并通过相关实验和理论分析，将成果发表在国际顶级期刊《Science》上（Science, 2007, 317: 932-934）。这一发现奠定了hBN材料作为深紫外光电材料的研究基础。

随后，研究者们通过光致发光（PL）技术发现，hBN材料具有复杂的缺陷发光特性，其中堆叠层错被认为是缺陷发光的主要诱因（ACS Photonics, 2014, 1(9): 857-862）。近年来，随着剥离单晶hBN与石墨烯材料结合技术的进步，深紫外发光器件的研究取得显著成果（Nature Communications, 2021, 12(1): 7134; Advanced Materials, 2022, 34(21): 2201387）。然而，构建PN结型高效率半导体发光器件始终是研究的目标，而hBN薄膜的掺杂问题（尤其是n型掺杂）却成为关键瓶颈。

李强团队采用低压化学气相沉积（LPCVD）系统，在蓝宝石衬底上成功实现了大尺度hBN单晶薄膜的外延生长与掺杂。这一研究通过超高温外延工艺（约1400 °C），制备出高结晶度的hBN薄膜，并采用硫（S）元素进行替位掺杂，成功突破了大面积hBN薄膜的n型掺杂难题。实验中，S掺杂浓度达到了1.21%，为实现hBN基深紫外光电器件的进一步研究奠定了基础。

为了验证这一技术的有效性，研究团队结合镁（Mg）掺杂的p型hBN薄膜，构建了基于hBN材料体系的同质PN结——hBN:S/hBN:Mg同质结。在该结构中，光生载流子受内建电场驱动漂移至空间电荷区，发生辐射复合发光，实现了深紫外波段（261nm-300nm）的出射。这标志着hBN薄膜掺杂技术的重大突破，为深紫外光电器件的发展提供了新的可能。

图1展示了hBN薄膜和S掺杂hBN薄膜的光学、SEM、XRD、Raman及FTIR表征结果。实验表明，S掺杂后的hBN薄膜具有较好的结晶特性与化学稳定性，其结构特点为后续器件构建提供了可靠基础。

在构建的hBN:S/hBN:Mg同质结中（图2），研究团队通过PL测试发现，该结构能够实现强烈的深紫外光发射。能带匹配分析表明，n型和p型掺杂区域形成的空间电荷区内，内建电场有效驱动光生电子和空穴的复合，进而产生高效深紫外发光。此外，I-V曲线测试也验证了该同质结的良好整流特性。

实验结果显示，hBN:S薄膜和hBN:Mg/hBN:S同质结在PL光谱中分别展现出独特的发光特性。PL发光机理示意图进一步揭示了光生载流子从生成到复合发光的全过程，为后续优化器件结构提供了理论支持。

该研究首次实现了六方氮化硼材料的n型掺杂，并成功构建了高效发光的同质PN结。研究成果表明，hBN可以作为深紫外光电器件的主体材料，为更短波段深紫外发光器件的研制开辟了新的研究方向。

该成果以题为“Deep-UV Light-Emitting Based on the hBN:S/hBN:Mg Homojunction”发表在国际权威期刊《Advanced Science》上。论文由西安交通大学博士生陈冉升和青年教师李强为共同第一作者，西安交通大学为第一通讯单位。此外，中科院半导体所郭亚楠研究员、英国卡迪夫大学Tao Wang教授及西安电子科技大学郝跃院士共同参与了研究。

六方氮化硼在深紫外发光领域的应用研究刚刚起步，但其潜力巨大。李强团队的研究不仅解决了hBN材料在掺杂领域的技术难题，也为高效PN结型深紫外发光器件的实现提供了全新思路。随着后续研究的深入，六方氮化硼有望在深紫外探测器、发光器件及其他光电应用中发挥更大作用。

未来，hBN薄膜掺杂技术的进一步优化及产业化应用值得期待。这项研究不仅为超宽禁带半导体材料的开发提供了新方向，还将推动深紫外光电器件迈向实用化，为光电技术的发展注入新动力。