微纳金字塔垂直结构LED量子效率研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61306050
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 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:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Despite the achievement of nitride based light emitting diodes(LEDs) that led to the realization of commercial productions, there are still severe limitations such as poor quantum efficiency and dramatic efficiency droop, for which the polarization field, dislocations, electron leakage and Auger recombination are considered as the major reasons. Progresses in low-dimensional micro- or nano-structure LEDs for overcoming the limitations have been steadily developed. However, a large number of threading dislocations (TDs) were still presented in micro-size LEDs, and material damages caused by dry etching processes are not negligible. On the other hand, nitride-based vertical-injection LEDs (VLEDs), of which the insulated sapphire substrates are removed to transfer the epilayer to a new thermal and electrical conductive substrates, have been considered as a promising candidate for high power applications. VLEDs provide many advantages, such as better current injection, excellent heat dissipation and enhanced reliability. In this study, hexagonal pyramids array micro vertical light emitting diodes (HP VLEDs) based on laser lift-off and N-polar wet etching were proposed. And graphene was first adopted in HP VLEDs as transparent conductive layer. The eliminating of TDs in hexagonal pyramids was realized by wet etching process. The improvement of internal quantum efficiency (IQE) was achieved by the reduction of TDs in HP VLEDs.Separating the active regions by N-polar wet etching process is an effective approach to fabricate the micro- to nano- size VLEDs array without detrimental ICP process and artificial lithography mask. Meanwhile, it provides a simple but effective way to further improve the crystal quality and light extraction of GaN based LEDs. Theoretically HP LVEDS can improve quantum efficiency and efficiency droop brilliantly due to the better crystal quality and higher extraction efficiency as the inherent advantage of hexagonal pyramid shape. And a perfect device model based on HP VLEDs was provided for carrier transport machanism research of nitrides LEDs. Key points in this study : mechanisms in electrochemical etching of N-polar GaN and approaches towards quasi-perfect micro-scale hexagonal pyramid VLEDs; contact characters of Graphene and n-GaN; fabrication processes of HP VLEDs; mechanisms of carrier transport, recombination and photon extraction; technologies for flexible HP VLEDs.
如何进一步提升高功率密度下的量子效率是制约GaN基LED发展及应用的重要技术瓶颈,揭示制约量子效率的关键物理机制并探索实现高量子效率发光器件是本项目主要研究目标。本项目以激光剥离垂直结构LED器件为基础,通过湿法腐蚀的方法制备微纳金字塔发光二极管,采用石墨烯作为电极互连材料,实现器件的电注入。该方案利用化学腐蚀的选择性,理论上实现了一个无位错、高提取效率的理想发光器件,通过对该器件的载流子输运复合机制、光子提取机制进行研究,分析限制氮化物LED量子效率的关键因素,并探索提升量子效率的技术手段。主要研究内容包括:N面氮化镓腐蚀机理; 微纳金字塔垂直结构LED制备技术及电极互连技术;微纳金字塔垂直结构LED中载流子输运与复合机制、光子提取机制;柔性有序化微纳金字塔垂直结构LED技术探索。

结项摘要

如何进一步提升高功率密度下的量子效率是制约GaN基LED发展及应用的重要技术瓶颈,揭示制约量子效率的关键物理机制并探索实现高量子效率发光器件是本项目主要研究目标。项目以激光剥离的垂直结构LED器件为基础,采用湿法腐蚀的方法制备微纳金字塔发光结构(HP VLED),利用湿法腐蚀对位错的选择性实现无位错纳米结构,同时避免了干法刻蚀造成的器件损伤,并自然形成了金字塔形貌,实现了一种兼具高内量子效率与高提取效率的理想器件结构。项目突破了N面氮化镓选择性刻蚀技术、微纳金子塔垂直结构LED电注入技术、石墨烯与N面n型氮化镓欧姆接触技术等关键技术,取得的主要成果包括:掌握了氮面氮化镓 (N-GaN) 蚀刻过程和机理,建立GaN 腐蚀的Electrochemical能带模型,为微纳金字塔垂直结构LED器件的研制奠定了理论与技术基础;研究了金属/蚀刻N-GaN面接触性质,突破了微纳金字塔垂直结构LED关键技术,对于降低LED工作电压,提高器件热稳定性具有重要意义;制备出微纳尺寸金字塔垂直结构LED器件,并研究了其量子效率和光电性能,实现了内量子效率的提升和Droop效应的改善;初步实现了柔性有序化微纳金字塔垂直结构LED,为探索新型柔性显示技术、可植入生物光源技术等提供了新的解决方案;项目实施过程中发表学术论文10篇,申请发明专利6项,培养研发和技术人员3人,研究生3人。本项目首次提出了基于垂直结构的微纳发光器件,并引入石墨烯作为互联电极实现电注入发光,对于氮化物LED新型器件结构、新型透明电极材料等前沿技术探索具有深远意义。柔性LED技术的突破也为超越照明创新应用提供了新的技术路径。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
石墨烯-GaN/InGaN多量子阱杂化界面与光电特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Xiaoyan Yi;Junxi Wang;Jinmin Li;Guohong Wang
  • 通讯作者:
    Guohong Wang
载流子浓度调整层提升GaN基LED性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    AIP Advances
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Xiaoyan Yi;Junxi Wang;Guohong Wang;Jinmin Li
  • 通讯作者:
    Jinmin Li
基于石墨烯电极柔性微纳金字塔垂直结构LED原位制备技术
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    ACS Photonics
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Liancheng Wang;Jun Ma;Zhiqiang Liu;Xiaoyan Yi
  • 通讯作者:
    Xiaoyan Yi
用于GaN基LED的石墨烯透明电极:挑战与对策
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    GuohongWang;XiaoweiSun;Hongwei Zhu;HilmiVolkanDemir
  • 通讯作者:
    HilmiVolkanDemir
基于石墨烯互连的单片集成GaN基LED
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Applied Physics Express
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Yun Zhao;Xiaoyan Yi;Zhiqiang Liu;Guohong Wang
  • 通讯作者:
    Guohong Wang

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其他文献

坡面植被覆盖度对泥沙输移的影响特性
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    工程科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙一;刘晓燕;田勇;伊晓燕;王协康
  • 通讯作者:
    王协康
并线桥墩局部冲刷试验研究
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 作者:
    侯志军;侯佼建;伊晓燕
  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    赵勇兵;张韵;程哲;黄宇亮;张连;刘志强;伊晓燕;王国宏;李晋闽
  • 通讯作者:
    李晋闽
具有高开启/关断电流比的Al2O3/AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵勇兵;张韵;程哲;黄宇亮;张连;刘志强;伊晓燕;王国宏;李晋闽
  • 通讯作者:
    李晋闽
黄河下游典型岸线保护与利用方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    人民黄河
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    屈博;马静;郑涵之;孙一;伊晓燕
  • 通讯作者:
    伊晓燕

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

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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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