寬頻隙半導體雷射器件關鍵科學問題研究

《寬頻隙半導體雷射器件關鍵科學問題研究》是依託吉林大學，由杜國同擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：寬頻隙半導體雷射器件關鍵科學問題研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：杜國同
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

GaN、ZnO基材料是典型的寬禁帶半導體，它們具有直接躍遷能帶結構，是製備半導體雷射器件的理想材料。通過調整其禁頻寬度，可以實現紫外、紫、藍及綠色雷射器件。在高清晰雷射顯示，高密度光存儲，生物醫療以及水下和空間光通信等民用和軍事方面有著廣闊的套用前景。雖然，國外已有GaN藍光雷射器出售，但是從寬頻隙半導體GaN、ZnO材料系雷射器研究方面整體水平來看，我國內地和國際、境外差距不大；在ZnO材料系及雷射器方面我國和國際研究是同步的，有些研究結果甚至領先於國外；為此我們開展寬禁帶半導體雷射器的創新研製，開展載流子局域發光中心的微觀結構和 InGaN 量子結構發光的本質，GaN和ZnO材料的P型摻雜機理及ZnO電注入激子發光動力學等一些關鍵科學問題研究，如取得突破，將大大促進我國寬頻半導體雷射器件的發展，對相關產業的發展也有重要推動作用, 具有重要的科學意義和重大的經濟和社會效益。

結題摘要

近幾年熱點研究和迅速發展的GaN 基和ZnO 基寬禁帶半導體雷射器拓展了現有光電子器件的光譜範圍，是信息產業的戰略核心器件。 我們按照申請書規定的研究內容進行了以下四個方面的研究： (1) InGaN系量子結構的基本物理性質和發光機制研究。 研究了InGaN/GaN多量子阱的非輻射複合中心抑制及局域態效應及綠光多量子阱中droop 效應的抑制與調控；還研究了InN/6H-SiC異質結的能帶結構。 (2) 量子阱和異質結構中應力和極化效應及其調控研究。 為了研究如何降低極化電場的影響，提高量子阱發光效率，對氮極性GaN可控生長進行了系列研究，研究了極化效應對發光器件發光特性的影響。 (3) 高質量氮化物、氧化物晶體薄膜材料生長物理及p型摻雜機制研究。 對GaN系和InGaN/GaN量子阱材料的高質量生長進行了系列研究。對GaN薄膜的p型摻雜進行了系列最佳化。 對ZnO系材料的高質量生長進行了系列研究，研究了光輔助MOCVD技術生長高質量ZnO納米結構和多維度O極性ZnO材料；對NiO的p型摻雜進行了研究。 (4) ZnO基光電器件電注入下激子高效產生和複合機制研究以及GaN基雷射器件研究。 我們對GaN基雷射器的結構進行了改進設計與製備，對有源區的電子泄漏進行了抑制，研製了GaN基藍紫、紫外光雷射器。對ZnO-GaN組合雷射器進行許多研究，研製了基於ZnO納米牆網路結構的Au/MgO/ZnO/GaN準回音壁模式雷射器。 重要結果：對InGaN材料系的基本物理性質和發光機制，GaN和ZnO 材料系的極化效應和調控有了進一步了解，在藍寶石襯底和SiC襯底上外延生長出高質量氮極性GaN薄膜；製備了幾種不同級性的ZnO/GaN組合發光器件，並對其發光特性進行了對比研究，受到國際同行的較高評價。通過外延方法的改進在藍寶石和SiC襯底上生長出高質量GaN外延層；製備出空穴濃度高達E+19/cm3的p型NiO薄膜材料。改進了GaN基雷射器的結構，研製出波長410 nm，脈衝峰值光功率輸出最大達20.6 W的GaN基雷射器和激射波長為393 nm，連續激射達80 mW紫外雷射器。研製出準回音壁模式雷射器納米牆網路結構Au/MgO/ZnO/GaN雷射器，可持續到高溫430 K激射。許多成果處於國際先進水平，對推動我國寬頻半導體器件的發展有重要作用，具有重要的科學意義和社會效益。