绿光激光器InGaN量子阱有源区trench缺陷微观结构与形成机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61804164
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 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:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Semiconductor laser diodes (LDs) have been widely used in the field of laser-based displays, because of its low-cost, small size, and long lifetime. High-performance GaN-based green LDs are desirable for laser-based displays. The epitaxial growth of InGaN quantum well (QW) active region with high efficiency and narrow full-width-half-maximums (FWHMs) is a key point to realize LDs with good performances. However, InGaN QW emitting in the green spectrum range, which needs to be grown at low temperature with large mismatch, usually shows high density of trench defects in the interface, which is one of the limitation to improve the performance of GaN-based green LDs. Few studies on trench defects have been reported. Our previous results showed that the formation of trench defects is closely related with In segregation, but the formation mechanism needs further study. In this proposal, we propose to study in details the microstructure and the formation mechanism of trench defects in green InGaN QW. We will also study the dynamics and thermodynamics of MOCVD growth of green InGaN QW, in order to develop new epitaxial growth method to suppress the formation of trench defects. Based on these studies, green InGaN QW with high efficiency and better uniformity will be obtained, and thus the performance of GaN-based green LDs will be improved.
半导体激光器具有成本低、体积小、寿命长等优点,正在兴起的激光显示技术迫切需要高性能的GaN基绿光激光器。绿光InGaN量子阱有源区是GaN基绿光激光器的核心结构,它的晶体质量和光学性质直接决定了器件性能。绿光InGaN量子阱生长温度低、晶格失配大,InGaN量子阱的界面易形成trench缺陷,是限制GaN基绿光激光器效率提升的瓶颈之一。目前关于trench缺陷的研究还很少。我们此前的研究表明trench缺陷的形成与In组分偏析有密切关联,但其微观形成机制还有待研究。本项目拟深入研究GaN基绿光激光器InGaN量子阱有源区trench缺陷的微观结构与形成机理,研究绿光InGaN量子阱的MOCVD生长动力学和热力学,探索抑制InGaN量子阱中trench缺陷形成的外延生长技术,实现高发光效率、低非均匀展宽的绿光InGaN量子阱,为研制高效率的GaN基绿光激光器奠定基础。

结项摘要

GaN基绿光LD在激光显示、深海通讯等领域有非常广阔的市场应用。但是绿光波段面临严重的效率下降问题。InGaN量子阱结构中易形成trench缺陷,是导致绿光InGaN量子阱有源区发光效率低的原因之一。我们系统研究了绿光激光器InGaN量子阱有源区界面trench缺陷的微观结构及光学性质,澄清了缺陷与In偏析的关联,揭示了trench缺陷的形成机理,进一步提出了缺陷密度抑制方法,实现了高发光效率低非均匀展宽的绿光InGaN量子阱有源区, 为实现高性能的GaN基绿光LD提供了材料基础。主要取得了如下成果:. 1. Tench缺陷存在于GaN垒层,缺陷内部存在I1型层错,缺陷边界是V型沟道,缺陷区域InGaN量子阱发光强度弱且有长波长发光,说明缺陷下方的量子阱区域In偏析严重。. 2. 揭示了trench缺陷的形成机理为:在InN表面生长GaN时层错形成能低,而高In组分绿光InGaN量子阱表面易发生In偏析,因此在In偏析严重区域的绿光InGaN量子阱上生长GaN量子垒时易形成层错,层错与理想纤锌矿结构的边界处原子吸附能弱难并入,形成了V型沟道。层错及其边界的V型沟道形成了trench缺陷。. 3. 通过抑制In偏析抑制了trench缺陷密度。实现了高发光效率低非均匀展宽的绿光InGaN量子阱有源区,自发辐射光谱PL半高宽为113meV@530nm。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Green laser diodes with constant temperature growth of InGaN/GaN multiple quantum well active region
InGaN/GaN多量子阱有源区恒温生长绿光激光二极管
  • DOI:
    10.7567/1882-0786/ab21b6
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Tian Aiqin;Liu Jianping;Zhou Renlin;Zhang Liqun;Huang Siyi;Zhou Wei;Ikeda Masao;Zhang Shuming;Li Deyao;Jiang Lingrong;Lin Hao;Yang Hui
  • 通讯作者:
    Yang Hui
Total-InGaN-thickness dependent Shockley-Read-Hall recombination lifetime in InGaN quantum wells
InGaN 量子阱中与总 InGaN 厚度相关的 Shockley-Read-Hall 复合寿命
  • DOI:
    10.1063/1.5131716
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Zhou Renlin;Ikeda Masao;Zhang Feng;Liu Jianping;Zhang Shuming;Tian Aiqin;Wen Pengyan;Li Deyao;Zhang Liqun;Yang Hui
  • 通讯作者:
    Yang Hui
Greatly suppressed potential inhomogeneity and performance improvement of c-plane InGaN green laser diodes
极大地抑制了c面InGaN绿光激光二极管的电位不均匀性并提高了性能
  • DOI:
    10.1007/s40843-021-1804-x
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Science China Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Aiqin Tian;Lei Hu;Xuan Li;Si Wu;Peng Xu;Dan Wang;Renlin Zhou;Binglei Guo;Fangzhi Li;Wei Zhou;Deyao Li;Masao Ikeda;Hui Yang;Jianping Liu
  • 通讯作者:
    Jianping Liu
GaN基蓝绿光激光器发展现状与未来发展趋势
  • DOI:
    10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20201021.007
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李方直;胡磊;田爱琴;江灵荣;张立群;李德尧;池田昌夫;刘建平;杨辉
  • 通讯作者:
    杨辉
Design and growth of GaN-based blue and green laser diodes
GaN基蓝色和绿色激光二极管的设计和生长
  • DOI:
    10.1007/s40843-020-1275-4
  • 发表时间:
    2020-03-18
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA-MATERIALS
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Tian, Aiqin;Hu, Lei;Yang, Hui
  • 通讯作者:
    Yang, Hui

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其他文献

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    隋青美
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  • 发表时间:
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    10.3901/jme.2018.04.231
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    2018
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    刘加利;于梦阁;田爱琴;杜健;张继业
  • 通讯作者:
    张继业

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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