大電流密度下綠光LED內(nèi)量子效率的研究

綠光發(fā)光二極管（LED）在通用和特殊照明方面應(yīng)用日益廣泛。但是綠光LED性能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于藍(lán)光和紅光LED。主要原因是內(nèi)量子效率太低，而且在大電流密度下效率下降很快（droop效應(yīng)）。嚴(yán)重制約高質(zhì)量、高效率固態(tài)氮化物白光的發(fā)展，以及在國防軍事方面的應(yīng)用。 本研究圍繞四個主要方面開展研究：1. 高In組分量子阱能帶模擬；2. 大電流下效率droop；3. 微米圖案化襯底設(shè)計制備以及外延生長；4. 表面等離子激元綠光。 1. 通過APSYS模擬分析軟件研究了不同量子阱In含量的綠光InGaN LED的發(fā)光特性及其物理機(jī)制。研究了InGaN插入勢壘層對綠光LED的發(fā)光特性的調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了電子漏率降低，器件內(nèi)量子效率效率有效地提高。 2. 通過掃描近場光學(xué)顯微的測量方法來研究大尺寸V形缺陷的微區(qū)光學(xué)特性?？昭ㄗ⑷肷疃仍赩形缺陷內(nèi)部相比于外部發(fā)生了明顯提高。觀測到了存在大尺寸V形pits的樣品有更強(qiáng)的底層量子阱發(fā)光，建立大尺寸V形缺陷區(qū)域等效電路模型。說明通過生長大尺寸V形缺陷的方法來抑制效率droop是有效的。 3. 引入激光加工技術(shù)在c-plane藍(lán)寶石襯底上制備出凹型半球狀圖形化襯底（HPSS），在襯底側(cè)邊形成半極性面。通過橫向外延生長（ELOG）方法在500nm的綠光LED外延層中嵌入了凹型半球狀空腔結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)研究了這種HPSS襯底對LED的InGaN有源層質(zhì)量以及對LED器件的光學(xué)和電學(xué)特性的影響。 4. 成功制備出具有表面等離子體（SP）的綠光LED，并對其光學(xué)特性和電學(xué)特性進(jìn)行分析。納米顆粒的引入，還減小了綠光LED的電壓，改善了綠光LED的熱特性。系統(tǒng)地研究了綠光LED的有源區(qū)量子阱（QWs）與表面等離子體的耦合特性。該方法直觀地證實(shí)了SP增強(qiáng)綠光LED發(fā)光的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和IQE增強(qiáng)機(jī)制。 本項目對當(dāng)前氮化鎵半導(dǎo)體光電科學(xué)基礎(chǔ)研究有促進(jìn)作用。為發(fā)展適合大功率驅(qū)動，高亮度需求的綠光LED奠定基礎(chǔ)。綜合厘清影響droop的主要因素，提出大幅度提升大電流密度下發(fā)光效率的方案無論對科學(xué)界還是工業(yè)界意義重大。

綠光二極管（LED）在通用和特殊照明方面應(yīng)用日益廣泛。但是綠光LED性能仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于藍(lán)光和紅光LED。主要原因是內(nèi)量子效率太低， 而且在大電流密度下效率下降很快，droop效應(yīng)比藍(lán)光LED嚴(yán)重得多。本項目擬通過半導(dǎo)體能帶模擬和實(shí)驗(yàn)研究大電流密度下量子阱中載流子的傳輸和復(fù)合機(jī)制，研究多銦量子阱中極化電場，俄歇復(fù)合，位錯密度等對LED內(nèi)量子效率影響的科學(xué)本質(zhì)。通過外延結(jié)構(gòu)調(diào)整，納米圖案化襯底的外延生長，新型非極性和半極性襯底高銦量子阱效率的研究，和大功率垂直結(jié)構(gòu)綠光LED芯片創(chuàng)新四大方面，提出大電流密度下高效綠光LED的外延生長和芯片設(shè)計方案。有望使綠光LED在大電流密度下大幅提高量子效率。本項目對當(dāng)前氮化鎵半導(dǎo)體光電科學(xué)基礎(chǔ)研究有促進(jìn)作用。為發(fā)展適合大功率驅(qū)動，高亮度需求的綠光LED奠定基礎(chǔ)。

采用線性掃描伏安法研究了各種石墨(碳)電極的動力學(xué)性能，結(jié)果表明,隨著電極嵌鋰程度的增加，其交換電流密度(i0)增大。熱解炭的交換電流密度較小，軸定向結(jié)構(gòu)的石墨化碳纖維GCF的反應(yīng)活性有所提高，改性天然石墨SMG表現(xiàn)出最大的交換電流密度 。

交換電流密度主要取決于碳材料表面碳原子含量及其電化學(xué)活性，表面碳原子含量較高、活性增強(qiáng)時，碳材料的交換電流密度較高。

利用陰極極化曲線測試法 ，測試分析了不同碳材料和不同方法制備的鉑碳復(fù)合電極的交換電流密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 ：鉑碳復(fù)合電極制備過程中碳材料的選取對其制備的復(fù)合電極交換電流密度有著非常重要的影響。在相同鉑含量條件下，用聚亞苯基樹脂碳制備的鉑碳復(fù)合電極交換電流密度約為用乙炔黑制備的鉑碳復(fù)合電極交換電流密度的 4 .6倍左右 。

按年最大負(fù)荷利用時間（小時數(shù)），導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)電流密度如下表：

項目重點(diǎn)研究了大跨隔震結(jié)構(gòu)考慮地震動空間效應(yīng)的影響，通過理論分析與振動臺試驗(yàn)研究，分析了隔震大跨空間結(jié)構(gòu)在多點(diǎn)地震激勵下的地震響應(yīng)特征。近年來，支座隔震技術(shù)逐步應(yīng)用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由于隔震層的存在，導(dǎo)致現(xiàn)有計算方法無法適用于隔震結(jié)構(gòu)多點(diǎn)地震激勵下的地震響應(yīng)分析。項目針對隔震空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)超長、大跨的特點(diǎn)，基于理論分析與振動臺模型試驗(yàn)，確定了多點(diǎn)地震激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析方法，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的動力特性和地震響應(yīng)特征。理論方面，針對隔震結(jié)構(gòu)的非線性問題，重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)動力方程中的支座變剛度與非比例阻尼問題，提出剛度和阻尼等效準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)動力方程的直接求解，并進(jìn)行算法研究，編制相應(yīng)的計算程序。試驗(yàn)研究方面，基于振動臺臺陣模型試驗(yàn)，研究隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多點(diǎn)地震輸入下的動力特性和響應(yīng)特征，重點(diǎn)考察地震動激勵、支座的剛度和阻尼變化對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并驗(yàn)證理論模型的合理性。最后基于理論分析與試驗(yàn)研究，利用數(shù)值模擬進(jìn)行參數(shù)分析，建立多點(diǎn)地震激勵下隔震網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的實(shí)用分析方法。 2100433B