《GaN納米異質外延生長及其在發光器件中的套用》是依託北京大學，由於彤軍擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：GaN納米異質外延生長及其在發光器件中的套用
- 項目負責人：於彤軍
- 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
本項目針對氮化物材料的發光器件的基本問題和熱點問題，以發展有效調製外延層中應力和降低位錯密度的材料生長方法，完善晶體生長機制研究，發展基於橫向異質外延結構的光傳播控制方法，綜合提高發光器件的發光效率和出光效率為目標，在納米材料掩膜的異質襯底上、進行GaN 基材料的納米異質外延MOCVD 生長及表面動力學研究、應力分析和缺陷行為觀察，研究納米成核過程和控制方法，進行光傳輸過程模擬和實驗研究，以及異質結構和LED 器件製備及其電學和光學性質分析，明確GaN 納米異質外延三維調節應力的機理和影響位錯行為的機制，明確光在生長表面納米周期性結構作用下的傳播規律，最佳化納米成核條件和空間排列結構，實現高效率發光器件。
結題摘要
高質量氮化物外延生長是半導體光電領域的研究熱點，是氮化物材料和器件的套用的基礎。 針對氮化物異質外延生長中的襯底和外延層的熱失配和晶格失配問題，以及LED器件中的光導出問題，本項目提出基於納米異質外延生長和結構，提高晶體質量，實現高效率LED器件的研究。 研究重點為GaN 基材料納米異質外延生長過程、微結構觀察、光傳輸過程研究，分析 GaN 納米異質外延調節應力和位錯行為的機制，明確光在生長表面結構作用下的傳播規律，發展高質量納米異質外延方法和提高發光器件效率的結構。預期成果為：可控的納米生長襯底掩膜方法和納米異質外延 GaN 生長方法；影響納米異質外延生長動力學過程的主要因素和應力調製機理；具有納米結構的高質量 GaN 薄膜和和高性能 LED 結構，與常規 LED 相比，內量子效率提高 30%，外量子效率提高 10%以上；發表 SCI 論文 15 篇以上，申請國家發明專利 2-3 項；培養博士後、博士生和碩士研究生 6 名以上。 在項目實施過程中，我們開展了在藍寶石上的GaN納米異質外延生長研究，明確了位錯在納米成核以及側向生長階段的行為和變化規律，提出了分組多步的外延生長方法，實現了高質量GaN的異質外延層，位錯密度低達3.5×107 cm-2；在Si襯底上的納米異質外延外延生長研究中，明確了納米異質外延過程中的應力調節與位錯行為變化的關係，提出了準同質納米異質外延生長方法，實現了位錯密度顯著下降至4.7×108 cm-2的高質量GaN/Si外延層；運用KP能帶計算和光線追跡模擬，結合空間角分辨光學測量結果分析，給出了光在傳播過程中偏振態的變化規律，提出了調節出光過程的的界面結構，215nm紫外LED的出光效率提高至60%；在CNT掩膜的圖形化藍寶石襯底上實現了400nm波長近紫外LED器件光功率達到306mW@350mA，相比常規PSS襯底上LED的224mW提高37%，內量子效率提高57%，外量子效率提高39%。項目研究結果，對認識納米異質外延生長機制和規律、理解LED結構中光傳播過程，進而提高發光器件的性能具有重要的意義。本項目按照各年度計畫順利實施，已完成項目研究內容，發表SCI論文23篇，申請國家發明專利 8項，獲得授權4項，獲得教育部科技進步二等獎1項，培養博士研究生4人，博士後3人。
