InN材料電致發光機理的研究

《InN材料電致發光機理的研究》是依託吉林大學，由吳國光擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：InN材料電致發光機理的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳國光
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

伴隨InN材料物理特性研究進展，特別是0.7eV左右窄直接帶隙的發現，使InN材料非常適合製備光纖通信領域中無污染、高性能的近紅外發光管和雷射器，很可能為光纖通信的發展帶來突破。然而一直以來我們未見到InN材料的近紅外電注入發光報導，目前我們首次實現了InN材料位於1573nm處的近紅外電注入發光，得到國際同行的認可，受邀在2012年氮化物半導體國際會議上做邀請報告。然而目前對於InN材料物理特性的研究仍然不夠透徹，如何實現InN材料更穩定高效的近紅外電致發光仍然沒有得到很好的解決。為此，我們將開展InN材料載流子輸運行為及電注入發光機理的研究，並創新地提出採用極化誘導效應提高載流子的注入效率，使其主要在InN中複合發光，從而獲得溫度特性穩定的高亮度近紅外電注入發光。該項目的開展，為InN系材料發光器件在光纖通信領域中的套用打下良好基礎，具有重要科學意義。

結題摘要

伴隨InN材料物理特性研究進展，特別是0.7eV左右窄直接帶隙的發現，使InN材料非常適合製備光纖通信領域中無污染、高性能的近紅外發光管和雷射器，很可能為光纖通信的發展帶來突破。然而很長一段時間一直沒有InN材料的近紅外電注入發光報導，雖然我們在2012年首次實現了InN材料位於1573nm處的近紅外電注入發光，然而目前對於InN材料物理特性的研究仍然不夠透徹，如何實現InN材料更穩定高效的近紅外電致發光仍然沒有得到很好的解決。針對上述問題，我們採用RF-MBE法在高質量InN材料的可控制備與InN基發光器件的結構設計方面開展了一系列研究工作，具體工作如下： 開展了InN材料在可控制備、生長機制及材料特性方面的研究，實現了高質量InN單晶薄膜和多維度InN納米結構的製備。在InN薄膜厚度為200nm時，(002)面XRD 搖擺曲線半高寬540弧秒，室溫背景電子濃度8×1018cm-3，室溫電子遷移率550cm2/V•s；開展了不同組分InxAl1-xN合金材料的生長與條件最佳化工作，通過合金組分的系統調節實現合金能帶結構的有效調控，推算出InxAl1-xN合金材料的能帶彎曲因子b=4.63 eV。 在此基礎上，我們開展了不同結構InN基異質結髮光器件的設計製備工作。設計製備了p-GaN/n-InN/InxAl1-xN異質結器件，相比於p-GaN/n-InN異質結結構，載流子的輻射複合區域由GaN/InN異質結界面移動到了高質量InN單晶中，同時提高了注入載流子在InN中的輻射複合效率；開展p型NiO材料的最佳化外延生長及特性研究，利用光電子能譜技術研究了p-NiO/n-InN異質結結構的界面能帶排列，以p型NiO為空穴注入層實現了不同基底上p-NiO/n-InN異質結器件的近紅外電注入發光，有效的降低了其工作電壓；在Si襯底上製備了p-Si/ZnMgO/n-InN核殼納米柱異質結髮光器件驗證其可行性，基於異質結界面、電學傳輸特性及能帶結構的研究分析了異質結結構及其工作機制，表明核殼納米柱結構能夠有效的提高Si基InN材料的近紅外電致發光效率。