《AlInGaN基材料光偏振調製及其在深紫外LED上套用研究》是依託哈爾濱工業大學，由王東博擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：AlInGaN基材料光偏振調製及其在深紫外LED上套用研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王東博
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於體積小、壽命長、能耗低、波長可調等優點紫外LED 比傳統光源有更大優勢，在眾多領域有廣泛套用潛力。高Al組分AlGaN光偏振模式轉變導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，嚴重製約了深紫外LED的商業化。前期研究表明AlInGaN在深紫外波段有良好的晶體質量和帶邊發光性能，但是對AlInGaN光偏振調製的研究國內外尚無報導。本項目首先基於第一性原理研究AlInGaN薄膜光偏振模式轉換與能帶分裂的內在關聯。其次，建立並完善AlInGaN量子阱的K.P模型，將應力關係引入模型中，建立以壘、阱層組分為基本參量的耦合方程。通過解方程求得不同結構條件下量子阱光偏振轉換的臨界組分。最後根據所得結構參數製備具有良好量子效率的AlInGaN深紫外量子阱。力圖從能帶工程出發，以理論結合實驗的方法，實現對於AlInGaN光偏振的人工調製，為高效深紫外LED的製備提供新思路。
結題摘要
高Al組分AlGaN光偏振模式轉變導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，嚴重製約了深紫外LED的商業化。項目針對這一問題，以AlxInyGa1-x-yN基材料為研究主體，從能帶工程的角度出發，從理論和實驗兩方面對AlxInyGa1-x-yN基材料光學性質的調控進行了深入系統的研究。主要研究內容如下：首先研究了AlxInyGa1-x-yN基材料的生長，深入研究了生長工藝參數變化對AlxInyGa1-x-yN基材料（AlInGaN、AlInN、AlN）晶體質量和光電性能的影響；其次，利用第一性原理模擬軟體構建AlInGaN、AlInN模型，研究了材料能帶結構和光電性能隨組分的變化；然後，利用半導體器件模擬軟體SilmuLED構建了AlInGaN量子阱和LED器件模型，研究了考慮偏振情況下，量子阱發光峰位，發光峰強度隨阱層、壘層組分的變化，結合材料生長中發現的由組分不均勻引起的載流子局域現象，嘗試通過調節組分增強載流子局域來彌補光偏振模式轉變導致的量子阱出光效率降低；最後，製備了n-ZnO納米棒/P-Si異質結，研究了AlN插入層對n-ZnO納米棒/P-Si紫外LED發光的增強作用以及AlN帽層對n-ZnO納米棒/P-Si異質結紫外探測器回響度的提高。項目發表SCI論文8篇，取得了如下研究成果：（1）獲得了不同製備方式（MOCVD、磁控濺射）生長AlxInyGa1-x-yN基材料（AlInGaN、AlInN、AlN）的工藝視窗；（2）一定組分下，Al組分的提高，會增大AlxInyGa1-x-yN材料體系失配應力，引起組分不均勻性升高，增強材料的載流子局域作用，從而提高材料的發光強度；（3）在考慮偏振的情況下，通過微調AlInGaN量子阱壘層、阱層Al組分(＜3%) 增強載流子局域作用，可以提高量子阱的發光強度，有效緩解由光偏振模式轉變導致的量子阱出光效率低;（4）將AlN作為插入層可將n-ZnO納米棒/P-Si紫外異質結髮光強度提高4倍；（5）將AlN作為蓋層可將n-ZnO納米棒/P-Si紫外異質結探測器紫外光譜回響提高6倍；經過項目的研究，基本實現了在理論指導下對於AlInGaN紫外量子阱光偏振的人工調控。為製備高效深紫外LED提供新的材料體系和理論模型。
