含有反相畴的3D紫外LED界面调控及发光性能研究
批准号:
61704176
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
郭炜
依托单位:
学科分类:
半导体材料
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖明墩、王唯、刘培培、Moheb Sheikhi
中文摘要
具有大比表面积的纳米阵列结构有助于提升紫外LED的光子提取效率,近年来受到广泛关注。传统等离子体刻蚀方法得到的纳米阵列紫外LED容易因为等离子轰击而产生较高的缺陷态密度,引起载流子非辐射复合加剧而降低出光效率。针对这一不足,本项目拟在图形化AlN缓冲层上外延生长含有反相畴的氮化物薄膜,同时可控湿法刻蚀制备出具有低界面态密度的3D纳米阵列结构的紫外LED。本项目将分析亚微米尺度下反相畴的形成机制和分布规律,探索反相畴对器件内部载流子传输与复合的作用原理,对比湿法刻蚀和等离子体刻蚀制备的3D纳米阵列的发光性能,深入理解缺陷态密度对于紫外LED辐射复合效率的影响机制。本项目的成功实施有望为下一代紫外LED的效率提升提供一种新的思路和实验支撑。
英文摘要
Nanostructure-array used in light extraction enhancement of UV-LEDs has drawn wide attentions due to its large aspect ratio. Traditional nanostructure array UV-LEDs fabricated by plasma etching suffers from high density surface trap centers as a result of plasma damage, leading to non-radiative recombination of carriers. In order to overcome this problem, UV-LEDs with inversion domain boundaries (IDB) will be fabricated based on polarity control of III-nitride materials, followed by wet chemical etching to achieve 3D nanostructures with low surface defects. We will first explore the formation mechanism and distribution condition of IDBs within sub-micrometer scale; Secondly, we will investigate the influence of IDB on the carrier transport and recombination inside UV-LEDs; Furthermore, we will explore the influence of 3D structure defect states on LED radiative recombination efficiency and comparing our 3D UV-LEDs with traditional plasma etched nanostructure UV-LEDs. The successful implantation of this project is important in providing new ideas and strong experimental support to the development of next generation high efficiency UV-LEDs.
本项目针对传统纳米阵列紫外LED因等离子体刻蚀影响导致界面态密度增大,器件发光效率较低的领域瓶颈问题,基于氮化物的极性调控技术,提出了一种低界面态密度的3D纳米阵列结构的紫外LED,深入阐明了具有反相畴的紫外LED在发光特性、材料界面质量影响因素,并探索反相畴对器件内部载流子传输与复合的作用原理,深入理解了缺陷态密度对于紫外LED辐射复合效率的影响机制。项目取得了以下成果:1)采用湿法刻蚀工艺对AlN低温结晶层进行图形化制备,并基于MOCVD外延生长,制备了同时含有金属极性和氮极性的横向极性结构发光层,证明了氮极性畴内部由于量子势阱和势垒厚度的不均匀性,导致载流子辐射复合效率和发光强度;2)进一步探讨了含有3D反相畴的量子阱的载流子动力学特性。通过时间分辨发光光谱,证明了含有3D反相畴量子阱内部存在载流子局域化现象,并实现了含有反相畴的紫外LED内量子效率58%,超过传统LED结构;3)基于湿法刻蚀暴露出纳米级别的反相畴,得到了倾斜角数据,并证明了其与穿透位错之间的关系;4)制备了金属极性和氮极性纳米柱结构紫外LED,并采用不同表面钝化处理方式,显著降低了LED的表面态密度,提升了器件稳定性,并阐明了金属极性和氮极性纳米柱在表面处理方式下不同反应的原理。通过本项目的实施,加深了对于紫外LED发光机理的理解,特别是纳米结构紫外LED面临的主要科学挑战。在领域内首次提出了含有反相畴的3D紫外LED这一概念,并实验证明了不同极性畴对于发光的贡献情况,最终有望于为未来高效率紫外LED的开发提供新的路径。
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On the Luminescence Properties and Surface Passivation Mechanism of III- and N-Polar Nanopillar Ultraviolet Multiple-Quantum-Well Light Emitting Diodes
III极和N极纳米柱紫外多量子阱发光二极管的发光性能和表面钝化机理研究
DOI:
10.3390/mi11060572
发表时间:
2020-06
期刊:
Micromachines
影响因子:
3.4
作者:
[Sheikhi Moheb, Dai Yijun, Cui Mei, Li Liang, Liu Jianzhe, Lan Wenan, Jiang Rongrong, Guo Wei, Chee Kuan W. A., Ye Jichun]
通讯作者:
Ye Jichun
Three-dimensional band diagram in lateral polarity junction III-nitride heterostructures
横向极性结III族氮化物异质结构中的三维能带图
DOI:
10.1364/optica.6.001058
发表时间:
2019
期刊:
Optica
影响因子:
10.4
作者:
[Guo Wei, Mitra Somak, Jiang Jie'an, Xu Houdiang, Sheikhi Moheb, Sun Haiding, Tian Kangkai, Zhang Zi hui, Jiang Haibo, Roqan Iman S, Li Xiaohang, Ye Jichun]
通讯作者:
Ye Jichun
Lateral-Polarity Structure of AlGaN Quantum Wells: A Promising Approach to Enhancing the Ultraviolet Luminescence
AlGaN 量子阱的横向极性结构:增强紫外发光的一种有前途的方法
DOI:
10.1002/adfm.201802395
发表时间:
2018-08-08
期刊:
ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
影响因子:
19
作者:
[Guo, Wei, Sun, Haiding, Ye, Jichun]
通讯作者:
Ye, Jichun
Revealing the surface electronic structures of AlGaN deep-ultraviolet multiple quantum wells with lateral polarity domains
揭示具有横向极性域的 AlGaN 深紫外多量子阱的表面电子结构
DOI:
10.1364/prj.387700
发表时间:
2020-05
期刊:
Photonics Research
影响因子:
7.6
作者:
[Guo Wei, Chen Li, Xu Houqiang, Qian Yingda, Sheikhi Moheb, Hoo Jason, Gu Shiping, Xu Liang, Liu Jianzhe, Alqatari Feras, Li Xiaohang, He Kaiyan, Feng Zhe Chuan, Ye Jichun]
通讯作者:
Ye Jichun
Polarity Control and Nanoscale Optical Characterization of AlGaN-Based Multiple-Quantum-Wells for Ultraviolet C Emitters
用于紫外 C 发射器的 AlGaN 基多量子阱的极性控制和纳米级光学表征
DOI:
10.1021/acsanm.0c00706
发表时间:
2020-05
期刊:
ACS APPLIED NANO MATERIALS
影响因子:
5.9
作者:
[Xu Houqiang, Jiang Jie'an, Dai Yijun, Cui Mei, Li Kuang-hui, Ge Xiaotian, Hoo Jason, Yan Long, Guo Shiping, Ning Jiqiang, Sun Haiding, Sarkar Biplab, Guo Wei, Ye Jichun]
通讯作者:
Ye Jichun
共 7 条
AlGaN 基宽禁带半导体深紫外光电子器件
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批准号:LR22F040004
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:郭炜
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依托单位:
基于极化场调控的平面自隔离GaN高电子迁移率晶体管研究
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批准号:U21A20498
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项目类别:--
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资助金额:260万元
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批准年份:2021
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负责人:郭炜
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依托单位:
基于三维能带调控的AlGaN基紫外LED量子限阈Stark效应研究
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批准号:61974149
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2019
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负责人:郭炜
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依托单位:
国内基金
海外基金