课题基金 / 基金详情

面向深紫外LED的纳米图案化蓝宝石衬底高效飞秒激光加工

批准号:
62075081
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
夏虹
依托单位:
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
夏虹

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
立足于现有的飞秒激光加工制备蓝宝石微纳结构和相关光物理机理的研究基础,面向应用于高效率深紫外LED的纳米图案化蓝宝石衬底(NPSS)的制备难题,本项目提出利用飞秒激光加工制备NPSS。围绕激光加工制备蓝宝石衬底中存在高精度与高效率的矛盾,提出了激光扫描实现大宽幅印刷加工思路;结合飞秒激光诱导表面等离激元共振和纳米结构诱导远场激光近场加强的激光与材料作用的新机理以及空间光调制多焦点分光的新技术,提出了大幅宽激光表面诱导烧蚀印刷加工方案、“种子结构”诱导远场激光近场加强印刷加工以及刻蚀辅助的空间光调制器多焦点光场蚀点印刷加工三种制备方案,实现表面图案结构周期小于800nm的NPSS的高效可控制备。利用制备的高质量的NPSS,通过MOCVD外延生长技术,获得外量子效率超过10%的深紫外LED。
英文摘要
Based on the reported papers foundation of sapphire micro-nanostructure and related photophysical mechanism for femtosecond laser processing, and facing the difficulty of preparing nano-patterned sapphire substrate (NPSS) applied to high-efficiency deep ultraviolet LEDs, this project proposes to use femtosecond laser processing to prepare NPSS. Concerning the contradiction between high precision and high efficiency in the preparation of sapphire substrate by laser processing, a laser scanning mode for large-format printing processing is proposed. Combined with the new laser-material interaction mechanism of femtosecond laser-induced surface plasmon resonance and nanostructure-induced far-field laser near-field enhancement, and new technology of spatial light modulation multifocal beam splitting, three preparation schemes including laser-induced surface plasmon ablation printing processing, "seed structure" induced far-field laser near-field enhanced printing processing, and etching-assisted spatial light modulator multifocal light field etching point printing processing are adopted to achieve efficient and controllable preparation of NPSS with a surface pattern structure period less than 800nm. Utilizing the prepared high-quality NPSS and MOCVD epitaxial growth technology to achieve high-performance deep ultraviolet LED with external quantum efficiency exceeding 10%.
面向大面积蓝宝石功能性微纳表面的制备需求,开展了基于像差的飞秒激光自调制加工,利用高重复频率飞秒激光穿透加工诱导周期性表面结构,在蓝宝石背面诱导出高深宽比的纳米条纹结构。相比较激光在蓝宝石正面加工,背面加工可以避免在加工过程中碎屑堆积造成的影响,并且背面加工诱导出的条纹深度相比于正面加工有着很大的提升。进一步结合湿法刻蚀工艺,大幅提高了激光诱导表面周期性结构的深度,这种加工方法简单,快速、高效,非常适合加工大面积纳米条纹结构。相比常规加工方式,这种自调制加工技术制备的蓝宝石周期性纳米条纹结构深度可提升8倍,制备了深宽比最大为55,且结构深度可调,获得最大直径为4 cm的高深宽比蓝宝石纳米条纹结构。通过飞秒激光诱导和直写的加工模式分别制备了周期在纳米和微米尺度的图形化蓝宝石衬底,利用刻蚀或机械抛光等后处理工艺解决了激光加工制备的图形化衬底表面粗糙度较高的问题。利用金属有机化学气相沉积工艺成功在制备的图形化衬底表面外延生长出GaN晶体薄膜,并且相比于在平面蓝宝石衬底上生长的GaN,在蓝宝石微纳结构上的GaN薄膜具有更小的位错密度,更高的晶体质量。激光加工的图形化蓝宝石衬底在生长高质量GaN外延薄膜方面潜力巨大,同时也进一步拓展了飞秒激光加工蓝宝石功能表面的应用领域。
飞秒激光高速、大视场微纳制造的新方法及其机理研究
  • 批准号:
    61435005
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    361.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    夏虹
  • 依托单位:
面向双光子泵浦上转换激射有机晶体研究
  • 批准号:
    51373064
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    夏虹
  • 依托单位:
磁场诱导晶格可设计的固态胶体光子晶体制备研究
  • 批准号:
    60978062
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    夏虹
  • 依托单位:
激光微纳制备磁控微纳机械中的若干关键问题研究
  • 批准号:
    60778004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    夏虹
  • 依托单位:
国内基金
海外基金