面向与IC工艺兼容的Si(100)衬底高亮度3D发光器件研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51472229
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

IC fabrication technology compatibility is a promising route for LED cost reduction in future. Silicon substrate has been demonstrated to be a promising candidate in light of its high thermal and electrical conductivity, large wafer size and cost-effectiveness. However, due to the large lattice and thermal mismatch, hetero-epitaxial of group III-nitride on silicon usually results in high high-density of defects, residual strain and cracks. This project is based on our previously developed works of periodic inverted pyramids (IP) silicon substrate with TMAH etching with size or more than 100 micro meters. On 20basis of our previously reported fabrication of large wafer size patterned IP silicon, we aim to focus on the IP silicon as the substrate for III-nitrides compound materials epitaxial and LEDs devices fabrication. By using the unflat IP silicon surface with (111) plane as the nucleation sites and epitaxial substrate, the residual strain introduced in epitaxial layer and substrate is expected to be alleviated effectively while the buffer layer is deposited, giving rise to a reduced defects density and cracks in the epitaxial layer. With the technique of IP silicon substrate and alleviation of lattice and thermal mismatch induced strain, we will fabricate low-defects and high quality group III-nitride buffer and epitaxial layer. We will systematically investigate the correlations between nucleation, micron-scale silicon size and distribution, growth mode, mechanism, morphology, defects and crystalline quality. Based on the high quality epitaxial-layer on this novel IP silicon substrate, we will try to design and fabricate the LED devices with large power output, high brightness, low cost and high reliability, and finally, we will realize white color LEDs devices with wafer scale packaging.
与成熟的半导体集成电路(IC)制造工艺相兼容及结合是未来LED成本大幅下降的必然选择。国际上高性能硅基氮化物器件绝大多数采用Si(111)平面衬底及复杂的多步缓冲层工艺,以解决大失配体系外延层中的应力应变及开裂问题。本项目拟面向未来LED与微电子工业相结合大幅降低成本及光电子/微电子集成应用,采用Si(100)衬底,利用化学腐蚀形成Si(111)非平面周期倒金字塔图形衬底,突破现有平面Si(111)衬底技术及性能瓶颈,有效缓解应力,实现优质全组分氮化物材料可控生长;系统研究III 族氮化物材料在百微米量级倒金字塔硅衬底表面生长、极性、缺陷以及晶体质量之间的作用和调控规律,重点关注倒金字塔硅/氮化物表/界面物理特性及能带调控;实现高亮度广角出射垂直结构3D发光器件及低成本晶圆级封装,为氮化物LED器件工艺走向与成熟微电子工艺兼容及成本大幅降低提供技术支撑。

结项摘要

硅基LED技术是半导体照明领域重要技术路线,具有大尺寸、成本低及与硅基IC兼容等多项优点,特别是能与成熟的硅基微电子行业实现集成,可以借助8寸及12寸微电子工艺,实现硅微电子与氮化物光电子/微电子器件的强强联手。目前基于平面Si(111)衬底的氮化物LED,已经实现产业化,但是Si(111)衬底并不是CMOS工艺的主流晶面,要想实现真正意义上的兼容及集成,需要利用CMOS工艺的Si(100)衬底进行氮化物材料的生长及器件制备;本项目立足于Si(100)图形化衬底的可控制备,利用图形化之后裸露出来的Si(111)晶面进行氮化物材料生长,通过控制生长工艺,实现极性及半极性量子阱结构可控制备,实现极性及半极性量子阱结构同时外延的混合光谱LED结构,实现了(1-101)半极性LED量子阱结构,生长出高In组分的量子结构,实现了半极性蓝、绿光、黄光LED电注入发光,有望在氮化物黄橙光LED芯片研究领域实现产业化,对硅基微电子与氮化物光电子微电子实现集成有深远的影响。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
Amorphous GaN@Cu Freestanding Electrode for High-Performance Li-Ion Batteries
用于高性能锂离子电池的非晶GaN@Cu独立式电极
  • DOI:
    10.1002/adfm.201701808
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Ni Shibing;Huang Peng;Chao Dongliang;Yuan Guodong;Zhang Lichun;Zhao Fengzhou;Li Jinmin
  • 通讯作者:
    Li Jinmin
Selective-area growth of periodic nanopyramid light-emitting diode arrays on GaN/sapphire templates patterned by multiple-exposure colloidal lithography
通过多次曝光胶体光刻图案化的 GaN/蓝宝石模板上周期性纳米金字塔发光二极管阵列的选择性区域生长
  • DOI:
    10.1039/c2sc01024k
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Xiong Zhuo;Wei Tongbo;Zhang Yonghui;Zhang Xiang;Yang Chao;Liu Zhiqiang;Yuan Guodong;Li Jinmin;Wang Junxi
  • 通讯作者:
    Wang Junxi
Impurity resonant state p-doping layer for high-efficiency nitride-based light-emitting diodes
用于高效氮化物基发光二极管的杂质谐振态p掺杂层
  • DOI:
    10.1088/1361-6641/aadc01
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Semiconductor Science and Technology
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Liu Zhiqiang;Yi Xiaoyan;Wang Liancheng;Wei Tongbo;Yuan Guodong;Yan Jianchang;Wang Junxi;Li Jinmin;Shi Yi;Zhang Yong
  • 通讯作者:
    Zhang Yong
Multicolored-light emission from InGaN/GaN multiple quantum wells grown by selective-area epitaxy on patterned Si(100) substrates
在图案化 Si(100) 衬底上通过选择性区域外延生长的 InGaN/GaN 多量子阱的多色光发射
  • DOI:
    10.1007/s10853-018-2804-4
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Materials Science
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Wang Qi;Yuan Guodong;Wei Tongbo;Liu Zhiqiang;Liu Wenqiang;Zhang Lu;Wei Xuecheng;Wang Junxi;Li Jinmin
  • 通讯作者:
    Li Jinmin
Van der Waals epitaxy of GaN-based light-emitting diodes on wet-transferred multilayer graphene film
湿法转移多层石墨烯薄膜上 GaN 基发光二极管的范德华外延
  • DOI:
    10.22028/d291-23351
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Japanese Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Li Yang;Zhao Yun;Wei Tongbo;Liu Zhiqiang;Duan Ruifei;Wang Yunyu;Zhang Xiang;Wu QingQing;Yan Jianchang;Yi Xiaoyao;Yuan Guodong;Wang Junxi;Li Jimin
  • 通讯作者:
    Li Jimin

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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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其他文献

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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

        graph TD
          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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