北京
7月8日，在国家科学技术奖励大会上，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。该项目跳出国外技术路线的延长线，走出自主研发的新路径，提出了新理论方法，实现了技术水平跃升，从基础研究起步做到了商品化。
在发光领域，传统LED采用二维PN结结构，通过发光二极管的P型半导体和N型半导体平面接触，构成一个二维平面，发光材料在这个交界面上发光，而与之共生的“V缺陷”在传统观念中被认为是一种不好的存在。
江风益院士团队“V缺陷三维PN结及应用”项目通过发现位错诱导形成的大尺寸V缺陷三维结构，具有增强空穴注入量子阱和提高量子阱质量等有益作用，打破“位错缺陷越少越好／越小越好”传统认知；提出了V缺陷三维PN结理论方法，使PN结界面由二维发展到三维，空穴注入量子阱的路径从势垒高的极性面转变为势垒低的半极性面，使V缺陷从有“大害”到有“小害”，发展为有“大用”。由此，大幅提升黄光LED光效、氮化镓红光LED光效和蓝绿光LED电注入效率。
作为该项目第四完成人，研究员全知觉记得，那是在2008年，当他站在测试现场看到硅基氮化镓材料上密密麻麻的微缺陷，不由自主地说了“触目惊心”4个字，彼时的他也认为与发光材料共生长出的缺陷是不好的东西。
而在一旁的江风益院士却敏锐地注意到电压降低了。
“缺陷可能降低器件工作电压、提升发光效率。”一个科学猜想由此而生，随即团队开启机理研究；2014年团队发表首篇理论论文，提出缺陷具备正向作用，2015年德国龙头企业依据该论文布局相关专利。
这些年，团队反向利用原生微缺陷，在六角锥状缺陷坑内生长半导体材料，让PN结从平面二维转变为立体三维结构，将黄光LED发光效率长期不足10%，提升到常规工作电流密度下可达33%、小电流密度下最高达70%，大幅提升黄光LED光效、氮化镓红光LED光效和蓝绿光LED电注入效率。
同时，项目还开拓了纯芯片LED照明技术路线（无荧光粉），产品批量应用于路桥照明和氛围照明等场景。项目显示芯片批量应用于特种专项装备。项目实现了硅基氮化镓LED与硅基电路晶圆级集成，研制成功微型显示屏及首款黄光AR眼镜。
项目在非共识路线上提出的理论方法，获国际同行公认，被推广应用到量大面广的共识路线，提升其技术水平，推进半导体发光学科和半导体照明显示产业发展。
《中国教育报》2026年07月10日 第01版
作者：本报记者 甘甜
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