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AlInGaN基材料光偏振调制及其在深紫外LED上应用研究

批准号:
51502061
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
王东博
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋洞微、宁振动、倪世明、孙浩、任金献

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
由于体积小、寿命长、能耗低、波长可调等优点紫外LED 比传统光源有更大优势,在众多领域有广泛应用潜力。高Al组分AlGaN光偏振模式转变导致的量子阱出光效率低是造成深紫外LED量子效率低的主因,严重制约了深紫外LED的商业化。前期研究表明AlInGaN在深紫外波段有良好的晶体质量和带边发光性能,但是对AlInGaN光偏振调制的研究国内外尚无报道。本项目首先基于第一性原理研究AlInGaN薄膜光偏振模式转换与能带分裂的内在关联。其次,建立并完善AlInGaN量子阱的K.P模型,将应力关系引入模型中,建立以垒、阱层组分为基本参量的耦合方程。通过解方程求得不同结构条件下量子阱光偏振转换的临界组分。最后根据所得结构参数制备具有良好量子效率的AlInGaN深紫外量子阱。力图从能带工程出发,以理论结合实验的方法,实现对于AlInGaN光偏振的人工调制,为高效深紫外LED的制备提供新思路。
英文摘要
Compare with the conventional UV lights, LED has a lot of advantages such as high luminous efficiency, environmental protection, long life and has extensive potential applications in numerous fields. The low light extraction efficiency caused by light polarization switching as a high Al content in active region, Is the main factors leading to the low LED quantum efficiency, seriously restricted the development of deep UV LED. Due to the lattice constants and band width can independently adjust, AlInGaN with good crystal quality in deep ultraviolet region. But there is no reports on optical polarization of AlInGaN. Firstly, construction first principle mode of AlInGaN, research on the energy band change with the component various, found the contact on polarization switching with the component. Secondly, to build and improve the K.P model of AlInGaN quantum well, introduced the strain into the model, to establish barrier, well layercomponent as the basic parameters of the effective mass coupling equation. Throughthe critical conditions under the conditions of different quantum well optical polarizationtransformation equation. Finally, the calculated structure, using the technology of MBE epitaxial growth has excellent luminous efficiency AlInGaN deep ultraviolet quantum well, through the research of this project, is expected to provide active area materials selection and a new theoretical model for high efficiency deep UV LED.
高Al组分AlGaN光偏振模式转变导致的量子阱出光效率低是造成深紫外LED量子效率低的主因,严重制约了深紫外LED的商业化。项目针对这一问题,以AlxInyGa1-x-yN基材料为研究主体,从能带工程的角度出发,从理论和实验两方面对AlxInyGa1-x-yN基材料光学性质的调控进行了深入系统的研究。主要研究内容如下:首先研究了AlxInyGa1-x-yN基材料的生长,深入研究了生长工艺参数变化对AlxInyGa1-x-yN基材料(AlInGaN、AlInN、AlN)晶体质量和光电性能的影响;其次,利用第一性原理模拟软件构建AlInGaN、AlInN模型,研究了材料能带结构和光电性能随组分的变化;然后,利用半导体器件模拟软件SilmuLED构建了AlInGaN量子阱和LED器件模型,研究了考虑偏振情况下,量子阱发光峰位,发光峰强度随阱层、垒层组分的变化,结合材料生长中发现的由组分不均匀引起的载流子局域现象,尝试通过调节组分增强载流子局域来弥补光偏振模式转变导致的量子阱出光效率降低;最后,制备了n-ZnO纳米棒/P-Si异质结,研究了AlN插入层对n-ZnO纳米棒/P-Si紫外LED发光的增强作用以及AlN帽层对n-ZnO纳米棒/P-Si异质结紫外探测器响应度的提高。项目发表SCI论文8篇,取得了如下研究成果:(1)获得了不同制备方式(MOCVD、磁控溅射)生长AlxInyGa1-x-yN基材料(AlInGaN、AlInN、AlN)的工艺窗口;(2)一定组分下,Al组分的提高,会增大AlxInyGa1-x-yN材料体系失配应力,引起组分不均匀性升高,增强材料的载流子局域作用,从而提高材料的发光强度;(3)在考虑偏振的情况下,通过微调AlInGaN量子阱垒层、阱层Al组分(<3%) 增强载流子局域作用,可以提高量子阱的发光强度,有效缓解由光偏振模式转变导致的量子阱出光效率低;(4)将AlN作为插入层可将n-ZnO纳米棒/P-Si紫外异质结发光强度提高4倍;(5)将AlN作为盖层可将n-ZnO纳米棒/P-Si紫外异质结探测器紫外光谱响应提高6倍;经过项目的研究,基本实现了在理论指导下对于AlInGaN紫外量子阱光偏振的人工调控。为制备高效深紫外LED提供新的材料体系和理论模型。
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
Enhanced the UV response of AlN coated ZnO nanorods photodetector
增强 AlN 涂层 ZnO 纳米棒光电探测器的紫外响应
DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.10.247
发表时间: 2019-03-05
期刊: JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子: 6.2
作者: [Amany, A., Wang, DongBo, Zhao, LianCheng]
通讯作者: Zhao, LianCheng
DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.10.247
发表时间: --
期刊: ZnO nanorods;UV photodetector;AlN;Carrier confinement effect
影响因子:
作者: [A.Amany, wang dongbo, wang jinzhong, zeng zhi, jiao shujie, hao chunlei, zhao yingchun, xie yang, gao shiyong, ni shiming, luan chunyang, Alhadi Alarabi, James Taban, zhao liancheng]
通讯作者: zhao liancheng
Effect of annealing temperature on the optical property of high Cd content CdZnO films
退火温度对高Cd含量CdZnO薄膜光学性能的影响
DOI: 10.1016/j.spmi.2016.07.010
发表时间: 2016-09
期刊: Superlattices and Microstructures
影响因子: 3.1
作者: [liu teren, wang dongbo, Guo fengyun, jiao shujie, wang jinzhong, liu yuhang, luan chunyang, cao wenwu, zhao liancheng]
通讯作者: zhao liancheng
Efficiency improvement of TiO2 nanowire arrays based dye-sensitized solar cells through further enhancing the specific surface area
通过进一步提高比表面积提高基于TiO2纳米线阵列的染料敏化太阳能电池的效率
DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.09.047
发表时间: 2019
期刊: Nanostructures A1;Surface structure A1; Surface processes B1; Oxides B2; Semiconducting materials B
影响因子: --
作者: [ni shiming, wang dongbo, guo fengyun, jiao shujie, zhang yong, wang jinzhong, wang bao, yuan lifeng, zhang li, zhao liancheng]
通讯作者: zhao liancheng
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