基于极性面的零极化场InAlN基LED制备研究
批准号:
62074069
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
张源涛
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张源涛
中文摘要
Ⅲ族氮化物LED已在照明和显示等领域得到广泛应用,但其本身固有的强极化场会在LED量子阱中产生量子限制斯塔克效应(QCSE),在高Al和高In组分的氮化物材料中强极化问题愈发明显,降低了器件发光性能。半极性面或非极性面量子阱可用于抑制极化场,但与极性面相比,其成本较高,短期内难以产业化。申请人的前期研究表明InAlN/InGaN、InAlN/AlGaN等异质结,在极性面上一定组分范围内能实现界面处极化强度为零,可构成零极化场量子阱,消除量子阱中极化场和QCSE的影响,提高电子和空穴间辐射复合率,从而提升LED发光性能。因此,本项目提出在极性面上研制零极化场InAlN基LED,以较低成本制备高性能LED。同时,InAlN基LED可覆盖从深紫外到可见光乃至近红外的光谱范围,具有广泛应用前景。本项目将研制出极性面零极化场InAlN基LED器件,并为其产业化发展奠定理论与实验基础。
英文摘要
Ⅲ-nitride LEDs have been widely used in fields such as lighting and display, but their inherently strong polarization fields can generate quantum-confined Stark effects (QCSE) in LED quantum wells. The problem of strong polarization in the nitride materials with high Al and high In contents becomes more obvious, which reduces the device's light emitting performance. Semi-polar or non-polar plane quantum wells can be used to suppress the polarization field, but compared with the polar plane, its cost is higher and it is difficult to industrialize in the short term. The applicant’s previous research shows that heterojunctions such as InAlN/InGaN and InAlN/AlGaN can achieve zero polarization at the interface within a certain composition range on the polar plane and constitute zero-polarization field quantum well. They can eliminate the effects of polarization field and QCSE, and increase the radiative recombination rate between electrons and holes, thereby improving LED light emitting performance. Therefore, this project proposes to develop the zero-polarization field InAlN-based LEDs on the polar plane to produce high-performance LEDs at a lower cost. At the same time, InAlN-based LEDs can cover the spectral range from deep ultraviolet to visible light and even near infrared, and have wide application prospects. This project aims to obtain the zero polarization field InAlN-based LED devices on the polar plane and lay the theoretical and experimental basis for its industrial development.
Ⅲ族氮化物LED已在照明和显示等领域得到广泛应用,但其本身固有的强极化场会在LED量子阱中产生量子限制斯塔克效应(QCSE),在高Al和高In组分的氮化物材料中强极化问题愈发明显,降低了器件发光性能。半极性面或非极性面量子阱可用于降低极化场,并抑制QCSE,但与极性面相比,其制备成本高,短期内难以产业化。为解决上述问题,本项目在极性面上开展了微弱极化场(即零极化场)LED器件研究。主要研究内容包括:微弱极化场LED结构设计、外延生长、器件模拟仿真和制备等。通过本项目研究,建立了氮化物异质结界面极化工程理论模型;设计出基于超晶格势垒的微弱极化场量子阱结构;掌握并优化了超晶格势垒量子阱结构的外延生长工艺;制备出超晶格势垒微弱极化场量子阱(阱内极化电场强度仅为0.5MV/cm),并提出了应力修正的超晶格势垒量子阱极化电场理论计算方法;研制出极性面超晶格势垒微弱极化场LED,器件表现出优异的光电特性,其波长偏移量仅为1.8nm@3~187A/cm2、峰值外量子效率为15%(同类研究报道中的最高值)、输出光功率为25mW@250A/cm2,-3dB调制带宽超过1GHz。项目执行期间,在Light: Science & Applications、Laser Photonics & Reviews、IEEE Electron Device Letters等领域内顶刊发表学术论文18篇,申请和授权中国发明专利10件;项目负责人张源涛教授入选2022年度教育部“长江学者”特聘教授,培养博士研究生3名、硕士研究生7名。基于上述成果,本项目建立了具有自主知识产权的氮化物半导体极性面上微弱极化场LED的理论和实验基础,具有重要的理论价值和应用前景。
GaN基Micro LED芯片材料生长、器件结构和制备技术的关键问题研究
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批准号:U22A20134
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:255.00万元
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批准年份:2022
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负责人:张源涛
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依托单位:
AlGaN基垂直结构谐振腔紫外LED研究
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批准号:61674068
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张源涛
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依托单位:
InN基窄带隙半导体材料的加压MOVPE生长与物性研究
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批准号:61106003
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2011
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负责人:张源涛
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依托单位:
国内基金
海外基金