北京
7月8日，在國家科學技術獎勵大會上，南昌大學江風益院士團隊完成的“V缺陷三維PN結及應用”項目，榮獲2025年度國家自然科學獎一等獎。該項目跳出國外技術路線的延長線，走出自主研發的新路徑，提出了新理論方法，實現了技術水平躍升，從基礎研究起步做到了商品化。
在發光領域，傳統LED采用二維PN結結構，通過發光二極管的P型半導體和N型半導體平面接觸，構成一個二維平面，發光材料在這個交界面上發光，而與之共生的“V缺陷”在傳統觀念中被認為是一種不好的存在。
江風益院士團隊“V缺陷三維PN結及應用”項目通過發現位錯誘導形成的大尺寸V缺陷三維結構，具有增強空穴注入量子阱和提高量子阱質量等有益作用，打破“位錯缺陷越少越好／越小越好”傳統認知；提出了V缺陷三維PN結理論方法，使PN結界面由二維發展到三維，空穴注入量子阱的路徑從勢壘高的極性面轉變為勢壘低的半極性面，使V缺陷從有“大害”到有“小害”，發展為有“大用”。由此，大幅提升黃光LED光效、氮化鎵紅光LED光效和藍綠光LED電注入效率。
作為該項目第四完成人，研究員全知覺記得，那是在2008年，當他站在測試現場看到硅基氮化鎵材料上密密麻麻的微缺陷，不由自主地說了“觸目驚心”4個字，彼時的他也認為與發光材料共生長出的缺陷是不好的東西。
而在一旁的江風益院士卻敏銳地注意到電壓降低了。
“缺陷可能降低器件工作電壓、提升發光效率。”一個科學猜想由此而生，隨即團隊開啟機理研究；2014年團隊發表首篇理論論文，提出缺陷具備正向作用，2015年德國龍頭企業依據該論文布局相關專利。
這些年，團隊反向利用原生微缺陷，在六角錐狀缺陷坑內生長半導體材料，讓PN結從平面二維轉變為立體三維結構，將黃光LED發光效率長期不足10%，提升到常規工作電流密度下可達33%、小電流密度下最高達70%，大幅提升黃光LED光效、氮化鎵紅光LED光效和藍綠光LED電注入效率。
同時，項目還開拓了純芯片LED照明技術路線（無熒光粉），產品批量應用于路橋照明和氛圍照明等場景。項目顯示芯片批量應用于特種專項裝備。項目實現了硅基氮化鎵LED與硅基電路晶圓級集成，研制成功微型顯示屏及首款黃光AR眼鏡。
項目在非共識路線上提出的理論方法，獲國際同行公認，被推廣應用到量大面廣的共識路線，提升其技術水平，推進半導體發光學科和半導體照明顯示產業發展。
本文來源｜《中國教育報》2026年7月10日01版，原標題《南昌大學江風益院士團隊 尋找“缺陷”深處的光亮》
本文作者｜中國教育報記者 甘甜
責任編輯｜王佳實
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