《無序對InGaN量子阱/納米線異常發光性質的影響》是依託北京大學，由史俊傑擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無序對InGaN量子阱/納米線異常發光性質的影響
- 項目負責人：史俊傑
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
InGaN的直接帶隙涵蓋整個可見光範圍,構成LED/LD最佳活性層,是太陽電池載流子注入區，銦原子分布直接決定該材料性質和器件性能。實驗表明：由於晶格失配,InGaN位錯密度比傳統發光材料(Al,In,Ga)(As,P)高6個數量級；由於自發和壓電極化,InGaN量子阱誘導一個強壓電場(MV/cm),導致顯著電子-空穴空間分離,且呈現高內量子效率；InGaN納米線表現出異常發光性質(克服高銦組分量子阱發光死亡谷現象，可發出各種波長可見光)。因此InGaN含有許多載流子發光中心，其微觀結構(與銦原子分布密切相關)目前仍不清楚。本項目瞄準材料和器件的關鍵問題，突破準無序結構模型限制，基於第一原理計算，從微觀上研究銦原子各種可能分布(均勻、短In-N鏈和小In-N團簇等)對InGaN量子阱/納米線電子結構及發光性質的影響,給出載流子局域中心微結構圖像，探索進一步改進相關光電器件性能的新途徑。
結題摘要
圓滿完成了研究任務，且把相關工作推廣到納米管、量子點納米線和石墨烯。主要開展了7方面的研究工作：（1）InGaN形成均勻合金還是存在相分離研究。（2）In無序分布對InGaN合金/量子阱電子結構的影響。（3）In無序分布對InGaN合金光學性質的影響。（4）In表面無序性和懸掛鍵對InGaN納米線電子結構和光學性質的影響。（5）InGaN納米管的電子結構和光學性質。（6）InGaN/GaN應變數子點納米線的受限激子態和光學性質。（7）石墨烯電子結構和磁學性質的研究。我們發現：（1）對纖鋅礦InGaN合金，相分離被抑制；對閃鋅礦InGaN合金，相分離可以發生。（2）首次闡明了InGaN合金髮光的微觀機理，給出了局域發光中心的原子圖像：幾個In-N原子形成的原子團簇或短鏈，它們高度局域價帶頂電子，顯著提高帶邊光躍遷，改進InGaN光學性質。（3）In原子更傾向於分布在InGaN納米線的外表面，且短的In-N鏈很容易形成。對於不飽和InGaN納米線，無規形成的表面In-N鏈可以高度局域帶邊的電子或空穴，主導帶間光躍遷。對於飽和InGaN納米線，帶邊態主要決定於內部的N和Ga原子。（4）對於GaN納米管，Mg-O共摻可以減小它的帶隙，價帶頂局域在與Mg成鍵的N原子周圍，Mg-O共摻可以顯著改變GaN納米管的光學性質，In摻雜能夠有效調控GaN納米管帶隙，增加帶邊光吸收和態密度。（5）壓力和應變以及內建電場和量子受限勢對InGaN/GaN量子點納米線的激子態和帶間光躍遷有重要影響。（6）首次發現Klein邊界可以誘導石墨烯納米帶的三個新特性：Klein邊界的局域邊緣態有一個鐵磁耦合；zigzag石墨烯納米帶邊界的隨機碳吸附原子能夠破壞它附近的邊緣態；石墨烯納米帶的複雜邊界重構可以從Klein邊界誘導出來。（7）具有D3-對稱的4-原子空位缺陷能夠引起石墨烯顯著的結構畸變，明顯改變其電子結構和磁性質。點陣弛豫局部地破壞了石墨烯點陣的雙粒子對稱，導致Lieb定理不再適用。通過氫飽和，點陣畸變將被抑制，Lieb定理和緊束縛近似仍然可以套用。這些研究成果對於改進InGaN合金以及相應的納米線和納米管的光學性質，提高其出光效率，對有效調控石墨烯電子結構和磁學性質有重要學術價值，對相應器件的研發具有重要理論指導意義。
