AlGaN发光器件是一种很有前途的紫外线光源，以取代现有的紫外气体激光器和含有有毒物质（汞）的紫外线灯。然而，基于AlGaN的紫外发射器的性能是有限的，特别是高功率紫外激光二极管（低于330nm的发射）还没有被报道。此外，紫外激光二极管（＞330nm）的阈值工作电压很高，由于注入效率不高，在高串联电阻激光模式下超过25V。
器件性能中的这些限制归因于几个因素，例如存在高密度缺陷（位错）和低效的富Al型AlGaN层的p型掺杂，以及现有器件方案缺乏有效的热耗散通道。因此，迫切需要一种新的设备方案。
AlGaN纳米线被发现是克服这些障碍的有前景的候选材料。与AlGaN外延薄膜层相比，因为与大的表面体积比相关的有效应变弛豫，无缺陷AlGaN纳米线可以直接生长在许多衬底（包括金属）上。金属或金属涂层的硅或蓝宝石衬底可以提供更好的散热通道，用于大电流操作。此外，由于更有效的镁（Mg）掺入和较低的活化能，p型纳米线（Si、Ge、GaN等）被认为具有相对低的电阻率。因此，发展由AlGaN 纳米线制成的紫外光源是一个让人非常感兴趣的研究领域。
近日，由沙特阿拉伯国王阿卜杜拉理工大学（KaSUT）的Haiding Sun, Xiaohang Li, Boon S Ooi等人领导的一个研究团队首次提出了一种新的无位错纳米线结构，其具有缓变折射率分限异质结构（GRANSCH）构型。研究人员在两个成分梯度的AlGaN层中嵌入一个活跃区域，即构成GRANSCH 二极管。
图1 制作的纳米线GRINSCH紫外发射器的3D示意图和GRANSCH和传统的p-i-n二极管的I-V曲线。
广泛的理论和实验工作表明，这种二极管具有优良的电气和光学性能。计算的电子能带图和载流子浓度表明，即使在没有故意掺杂的情况下，梯度AlGaN层中的电子和空穴浓度为1018／cm3的p-n结也能自动形成。与传统的Pi-N二极管相比，在GRANSCH二极管中实现了显著降低的6.5V（减小2.5V）和较小的串联电阻（16.7Ω）（减小了近四倍）。
这种电性能的改善主要归因于引入成分梯度的AlGaN层，由于极化诱导的N和P掺杂增强了电子和空穴的输运性质。此外，还证实了具有较大光学限制的更好的载流子分布（电子和空穴）。因此，研究人员相信GRANSCH二极管可以为开发固态UV光电器件、特别是未来的激光二极管提供一种非常规的途径
低缺陷/位错密度、低导通电压和小的片状电阻以及更好的散热通道是实现高性能III族氮化物基UV和可见光器件的关键先决条件。该研究团队所提出的设备方案具有：
（1）结构无位错；
（2）采用Ti/TaN双金属涂层Si衬底，效率降低；
（3）利用偏振诱导掺杂显著改善I-V特性；
（4）更好的载流子和光学约束（激光结构的关键）。
以前，这样的GRANSCH二极管配置已经成功地实现在常规III-基于VI（例如，GaAs，InP）激光二极管中，通过同时改善载流子注入和垂直光学模式限制。因此，具有GrRSCH结构的紫外激光二极管设计可以利用偏振增强p型掺杂，同时实现更好的载流子和光学模式限制。
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