AlGaN基深紫外激光器的光场调控及高效电注入器件研究

批准号:
61774065
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
戴江南
依托单位:
学科分类:
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李晓航、陈长清、王帅、吴峰、梁仁瓅、陈景文、张毅、许琳琳、龙瀚凌
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中文摘要
AlGaN基深紫外激光器在军事领域和国民经济领域都有重要的应用前景。然而由于高Al组分AlGaN低维量子材料位错密度高、量子阱有源区增益低、光和载流子的分别限制难以实现等关键问题,导致深紫外激光器无法在电注入条件下工作。本申请项目拟结合纳米图形化AlN类横向外延和渐变超晶格插入技术进行位错过滤和应力调控,降低量子阱有源区材料的位错密度。通过低Si掺杂的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格应力插入层实现对量子阱价带的调控,获得更多解理面腔镜反射损耗小的TE模式光,同时缓解电流阻塞效应。设计优化不同掺杂方式的阶梯量子阱有源区结构,减小量子限制斯塔克效应,增加电子-空穴波函数的空间重叠率,提高辐射复合速率。结合大光腔强折射率条形波导结构和高反射率p型电极,最终制备出低发散角、低损耗、低阈值电流的280 nm AlGaN基深紫外激光器。
英文摘要
AlGaN-based deep ultraviolet (DUV) lasers have significant application prospects in the military field and national economy. However, the high dislocation density of AlGaN materials with high Al content, low gain of multi-quantum wells (MQWs) active region, and the separately confinment of photons and carriers impose restrictions on the realization of electrically pumped deep ultraviolet lasers. In this program, both nanopatterned AlN templates and grading supperlattices inserted layer will be introduced to filter dislocation and relax strain and low dislocation density MQWs active region can be obtained. The low Si-doped AlxGa1-xN/AlyGa1-yN superlattices inserted layer will play an indispensable role in manipulating the valence band to realize that more TE mode photon can be radiated in MQWs which will cause low reflection loss of the cleavaged cavity mirror, and that current crowding effect can be weakened. Furthermore, step MQWs with different doping methods will be introduced to reduce the quantum-confined Stark effect (QCSE), to improve the spatial overlap of electron - hole wave functions, and to improve the carrier recombination rate. Finally, AlGaN-based DUV lasers with low divergence angle, low loss and low threshold current can be fabricated by combining the strong refractive index strip waveguide with large optical cavity structure and high reflectivity p-type electrode.
半导体深紫外激光器是一种强相干的深紫外光源,具有光束质量高、阈值电流低、使用寿命长等优势,且体量微小易于集成,在工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域都具有强烈的应用需求。本项目系统地研究了AlGaN基半导体深紫外激光器的光场调控和电注入原型器件制备。通过引入纳米图形化AlN模板和AlGaN/AlGaN多组分渐变超晶格插入技术,类横向外延生长了高质量高Al组分的AlGaN材料。在此基础上,提出了强量子限制下的高增益超薄GaN/AlN量子阱结构设计,实现有源区的高效发光和偏振模式的精准控制。采用MOCVD外延生长了厚度精确可调的超薄GaN/AlN量子阱,并进行了载流子动力学的研究,从时间分辨寿命曲线的分析中验证了超薄GaN/AlN量子阱的弱激子局域化和光滑陡峭的界面质量。最后,结合非对称大光腔折射率渐变波导结构设计,保证载流子的有效注入和光场的有效约束,完成了全结构电注入深紫外激光器的原型器件设计。受研究时间和研究条件限制,电注入深紫外激光器未能成功激射。最终,在室温光泵浦下实现了波长在242-252 nm间连续可调,阈值190~1153 kW/cm2,TE偏振主导的深紫外激光器。综上,根据项目计划书,完成了项目的研究内容。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Ultrahigh Degree of Optical Polarization above 80% in AlGaN-Based Deep-Ultraviolet LED with Moth-Eye Microstructure
超高%20度%20of%20光学%20偏光%20以上%2080%%20in%20AlGaN基%20深紫外%20LED%20with%20蛾眼%20微结构
DOI:10.1021/acsphotonics.8b00899
发表时间:2018-08
期刊:ACS Photonics
影响因子:7
作者:Wang Shuai;Dai Jiangnan;Hu Jiahui;Zhang Shuang;Xu Linlin;Long Hanling;Chen Jingwen;Wan Qixin;Kuo Hao-chung;Chen Changqing
通讯作者:Chen Changqing
Reduction of Structural Thermal Resistance for Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes Fabricated on AlN Ceramic Substrate via Copper-Filled Thermal Holes
通过填铜导热孔降低 AlN 陶瓷基板上制造的深紫外发光二极管的结构热阻
DOI:10.1109/tcpmt.2018.2812226
发表时间:2018
期刊:IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology
影响因子:--
作者:Xu Linlin;Liang Renli;Dai Jiangnan;Long Hanling;Wang Shuai;Chen Jingwen;Xu Jintong;Li Xiangyang;Chen Changqing
通讯作者:Chen Changqing
Enhanced the Optical Power of AlGaN-Based Deep Ultraviolet Light-Emitting Diode by Optimizing Mesa Sidewall Angle
通过优化台面侧壁角度提高AlGaN基深紫外发光二极管的光功率
DOI:10.1109/jphot.2018.2850038
发表时间:2018-08-01
期刊:IEEE PHOTONICS JOURNAL
影响因子:2.4
作者:Chen, Qian;Zhang, Huixue;Chen, Changqing
通讯作者:Chen, Changqing
Light-extraction enhancement of GaN-based 395 nm flip-chip light-emitting diodes by an Al-doped ITO transparent conductive electrode
Al掺杂ITO透明导电电极增强GaN基395 nm倒装芯片发光二极管的光提取
DOI:10.1364/ol.43.002684
发表时间:2018-06-01
期刊:OPTICS LETTERS
影响因子:3.6
作者:Xu, Jin;Zhang, Wei;Chen, Changqing
通讯作者:Chen, Changqing
Enhanced Light Extraction Efficiency of AlGaN-Based Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes by Incorporating High-Reflective n-Type Electrode Made of Cr/Al
通过采用 Cr/Al 制成的高反射 n 型电极提高 AlGaN 基深紫外发光二极管的光提取效率
DOI:10.1109/ted.2019.2914487
发表时间:2019-07-01
期刊:IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
影响因子:3.1
作者:Gao, Yang;Chen, Qian;Chen, Changqing
通讯作者:Chen, Changqing
基于光电倍增循环结构的GaN/AlN量子阱Far-UVC LED器件研究
- 批准号:62174061
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60万元
- 批准年份:2021
- 负责人:戴江南
- 依托单位:
深紫外LED对新型冠状病毒的灭活机理及其在疫情防控中的应用探索研究
- 批准号:62041401
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:20万元
- 批准年份:2020
- 负责人:戴江南
- 依托单位:
非极性面ZnO/ZnCdO量子阱结构LED外延材料生长与器件制备研究
- 批准号:51002058
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:戴江南
- 依托单位:
国内基金
海外基金
