大電流密度下綠光LED內(nèi)量子效率的研究中文摘要

綠光二極管（LED）在通用和特殊照明方面應用日益廣泛。但是綠光LED性能仍遠遠落后于藍光和紅光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效應比藍光LED嚴重得多。本項目擬通過半導體能帶模擬和實驗研究大電流密度下量子阱中載流子的傳輸和復合機制，研究多銦量子阱中極化電場，俄歇復合，位錯密度等對LED內(nèi)量子效率影響的科學本質(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。本項目對當前氮化鎵半導體光電科學基礎研究有促進作用。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。

綠光發(fā)光二極管（LED）在通用和特殊照明方面應用日益廣泛。但是綠光LED性能仍遠遠落后于藍光和紅光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）。嚴重制約高質(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. 通過掃描近場光學顯微的測量方法來研究大尺寸V形缺陷的微區(qū)光學特性?？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器件的光學和電學特性的影響。 4. 成功制備出具有表面等離子體（SP）的綠光LED，并對其光學特性和電學特性進行分析。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。該方法直觀地證實了SP增強綠光LED發(fā)光的實驗現(xiàn)象和IQE增強機制。 本項目對當前氮化鎵半導體光電科學基礎研究有促進作用。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。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界還是工業(yè)界意義重大。

采用線性掃描伏安法研究了各種石墨(碳)電極的動力學性能，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活性，表面碳原子含量較高、活性增強時，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合電極的交換電流密度。實驗結(jié)果表明 ：鉑碳復合電極制備過程中碳材料的選取對其制備的復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合電極交換電流密度約為用乙炔黑制備的鉑碳復合電極交換電流密度的 4 .6倍左右 。

按年最大負荷利用時間（小時數(shù)），導線的經(jīng)濟電流密度如下表：

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