AlGaN基深紫外激光器的光场调控及高效电注入器件研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61774065
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

AlGaN-based deep ultraviolet (DUV) lasers have significant application prospects in the military field and national economy. However, the high dislocation density of AlGaN materials with high Al content, low gain of multi-quantum wells (MQWs) active region, and the separately confinment of photons and carriers impose restrictions on the realization of electrically pumped deep ultraviolet lasers. In this program, both nanopatterned AlN templates and grading supperlattices inserted layer will be introduced to filter dislocation and relax strain and low dislocation density MQWs active region can be obtained. The low Si-doped AlxGa1-xN/AlyGa1-yN superlattices inserted layer will play an indispensable role in manipulating the valence band to realize that more TE mode photon can be radiated in MQWs which will cause low reflection loss of the cleavaged cavity mirror, and that current crowding effect can be weakened. Furthermore, step MQWs with different doping methods will be introduced to reduce the quantum-confined Stark effect (QCSE), to improve the spatial overlap of electron - hole wave functions, and to improve the carrier recombination rate. Finally, AlGaN-based DUV lasers with low divergence angle, low loss and low threshold current can be fabricated by combining the strong refractive index strip waveguide with large optical cavity structure and high reflectivity p-type electrode.
AlGaN基深紫外激光器在军事领域和国民经济领域都有重要的应用前景。然而由于高Al组分AlGaN低维量子材料位错密度高、量子阱有源区增益低、光和载流子的分别限制难以实现等关键问题,导致深紫外激光器无法在电注入条件下工作。本申请项目拟结合纳米图形化AlN类横向外延和渐变超晶格插入技术进行位错过滤和应力调控,降低量子阱有源区材料的位错密度。通过低Si掺杂的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格应力插入层实现对量子阱价带的调控,获得更多解理面腔镜反射损耗小的TE模式光,同时缓解电流阻塞效应。设计优化不同掺杂方式的阶梯量子阱有源区结构,减小量子限制斯塔克效应,增加电子-空穴波函数的空间重叠率,提高辐射复合速率。结合大光腔强折射率条形波导结构和高反射率p型电极,最终制备出低发散角、低损耗、低阈值电流的280 nm AlGaN基深紫外激光器。

结项摘要

半导体深紫外激光器是一种强相干的深紫外光源,具有光束质量高、阈值电流低、使用寿命长等优势,且体量微小易于集成,在工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域都具有强烈的应用需求。本项目系统地研究了AlGaN基半导体深紫外激光器的光场调控和电注入原型器件制备。通过引入纳米图形化AlN模板和AlGaN/AlGaN多组分渐变超晶格插入技术,类横向外延生长了高质量高Al组分的AlGaN材料。在此基础上,提出了强量子限制下的高增益超薄GaN/AlN量子阱结构设计,实现有源区的高效发光和偏振模式的精准控制。采用MOCVD外延生长了厚度精确可调的超薄GaN/AlN量子阱,并进行了载流子动力学的研究,从时间分辨寿命曲线的分析中验证了超薄GaN/AlN量子阱的弱激子局域化和光滑陡峭的界面质量。最后,结合非对称大光腔折射率渐变波导结构设计,保证载流子的有效注入和光场的有效约束,完成了全结构电注入深紫外激光器的原型器件设计。受研究时间和研究条件限制,电注入深紫外激光器未能成功激射。最终,在室温光泵浦下实现了波长在242-252 nm间连续可调,阈值190~1153 kW/cm2,TE偏振主导的深紫外激光器。综上,根据项目计划书,完成了项目的研究内容。

项目成果

期刊论文数量(32)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
High-stability reflective bonding pads for GaN-based flip-chip light-emitting diodes packaged by reflow soldering
用于回流焊封装的氮化镓基倒装芯片发光二极管的高稳定性反射焊盘
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/ab1891
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physics D: Applied Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xu Linlin;Xu Jin;Zhang Wei;Liang Renli;Hu Jiahui;Long Hanling;Dai Jiangnan;Chen Changqing
  • 通讯作者:
    Chen Changqing
Enhanced Light Extraction Efficiency of AlGaN-Based Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes by Incorporating High-Reflective n-Type Electrode Made of Cr/Al
通过采用 Cr/Al 制成的高反射 n 型电极提高 AlGaN 基深紫外发光二极管的光提取效率
  • DOI:
    10.1109/ted.2019.2914487
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Gao Yang;Chen Qian;Zhang Shuang;Long Hanling;Dai Jiangnan;Sun Haiding;Chen Changqing
  • 通讯作者:
    Chen Changqing
Transverse Electric Lasing at a Record Short Wavelength 244.63 nm from GaN Quantum Wells with Weak Exciton Localization
具有弱激子局域化的 GaN 量子阱以创纪录的短波长 244.63 nm 产生横向电激光
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.1c00090
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Photonics
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Shan Maocheng;Zhang Yi;Tian Ming;Lin Rongyu;Jiang Jie'an;Zheng Zhihua;Zhao Yongming;Lu Yi;Feng Zhechuan;Guo Wei;Dai Jiangnan;Chen Changqing;Wu Feng;Li Xiaohang
  • 通讯作者:
    Li Xiaohang
Internal strain induced significant enhancement of deep ultraviolet light extraction efficiency for AlGaN multiple quantum wells grown by MOCVD
内应变导致 MOCVD 生长的 AlGaN 多量子阱深紫外光提取效率显着提高
  • DOI:
    10.1364/oe.26.000680
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Long Hanling;Wang Shuai;Dai Jiangnan;Wu Feng;Zhang Jun;Chen Jingwen;Liang Renli;Feng Zhe Chuan;Chen Changqing
  • 通讯作者:
    Chen Changqing
Monolithic integration of deep ultraviolet LED with a multiplicative photoelectric converter
深紫外 LED 与倍增光电转换器的单片集成
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2019.104181
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Wang Shuai;Long Hanling;Zhang Yi;Chen Qian;Dai Jiangnan;Zhang Shuang;Chen Jingwen;Liang Renli;Xu Linlin;Wu Feng;Zhang Zi-Hui;Sun Haiding;Chen Changqing;Gao Yihua
  • 通讯作者:
    Gao Yihua

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其他文献

GaN基多量子阱红外探测器研究进展(特邀)
  • DOI:
    10.3788/irla20211020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    红外与激光工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴峰;戴江南;陈长清;许金通;胡伟达
  • 通讯作者:
    胡伟达

其他文献

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基于光电倍增循环结构的GaN/AlN量子阱Far-UVC LED器件研究
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    2021
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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