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国家重点基础研究发展计划(973计划)项目申报书-II族氧化物半导体光电子器件的基础研究 国家重点基础研究发展计划(973计划)项目申报书-II族氧化物半导体光电子器件的基础研究

格式:word 上传:2022-06-25 17:17:50

《国家重点基础研究发展计划(973计划)项目申报书-II族氧化物半导体光电子器件的基础研究》修改意见稿

1、“.....研究载流子的注入激子的产生与复合受激辐射的产生等物理过程,寻找提高发光效率和激光性能的途径和物理依据。组分的影响并从实验上研究微腔晶体生长微环境的调控与制备工艺的优化,获得符合激光微腔设计要求的六重对称结构系统研究微腔中光的放大振荡增益损耗等若干重要因素和物理过程,分析微腔中光的吸收激发与辐射特性研究激子产生与复合激光振荡的动力学过程,探讨微腔结构杂质和缺陷对激光输出特性的影响同时,设计合理的表面等离子体激元共振体系,研究表面等离子体极化激元的产生传输及其与微腔的耦合,探讨光场的空间局域及其对光学增益的提高在此基础上,结合微加工技术,进步设计和制备电泵浦激光器件,研究载流子的注入激子的产生与复合受激辐射的产生等物理过程,寻找提高发光效率和激光性能的途径和物理依据。年度目标优化激光器件的结构,设计出高品质的微腔结构研制出工作于紫外波段,功率达到三十几毫瓦,光谱半宽度小于......”

2、“.....阈值电流密度小于的族氧化物半导体基激子型激光器件。研究内容主要研究内容包括以下六点可用于同质外延的氧化锌晶体及基片的研制同质外延由于避免了衬底和外延层之间的晶格失配热失配物性差异等因素的影响,有利于获得更高结晶质量的薄膜。因此,可用于同质外延的高质量衬底对制备高性能的光电子薄膜材料和器件至关重要。与相比最突出的优势之就是它有同质衬底可供外延生长使用。但是,由于目前大尺寸晶体多用水热法获得,这种方法得到的晶体通常具有较高的杂质浓度,这些杂质在高温生长时会扩散到外延膜中,从而严重阻碍薄膜质量的提高。因此制备高纯度的晶体是实现薄膜同质外延的先决条件之。本项目将在开展传统的异质外延的基础上,研究晶体中杂质和缺陷生成的机理及其控制技术,采用中频感应加热压力温梯法研制大尺寸高纯度的晶体研究晶体基片超光滑表面的化学机械抛光机理和技术,为的同质外延生长提供优质的衬底......”

3、“.....并进步研究插入层对基薄膜成核的影响,研究成核初始阶段的极性选择机理极性表面的原子结构,从而获得单极性的族氧化物薄膜的制备技术。在此基础上研究生长条件,如温度比对氧原子和锌原子在不同极性面上的行为,获得二维生长的优化条件。利用不同的晶格常数和带隙术解决高晶体质量与高受主掺杂的矛盾研究受主元素在中的掺杂状态及其对型光学电学性能影响的规律和机制,探讨控制受主掺杂状态的理论和技术研究带边修饰对型形成的作用机制制备器件质量的型薄膜,为族氧化物半导体光电子器件的实现打下基础。基于族氧化物半导体的低阈值激光器件和光电探测器件研究最重要的潜在应用就在于其有可能实现低阈值激光,因此开展族氧化物半导体基低阈值激光的相关问题研究是本项目的核心之。本项目将制备界面陡峭平整的基量子阱结构......”

4、“.....探索提高发光效率控制发光波长的物理方法和技术尽可能实现载流子在中的富集。另外还将研究谐振腔的形成及其对受激发射的影响,另外还将研究型和型掺杂浓度对受激发射阈值的影响。通过优化条件,探索实现族氧化物半导体受激发射的最佳条件和形成规律。族氧化物半导体合金材料氧镁镉锌的禁带宽度在范围内可调,预示着其在紫外光电探测方面有潜在的应用。目前基紫外探测器也面临着晶体质量差型掺杂困难以及潜在的价带对称性改变等问题。在制备过程中,由缺陷和杂质而引入的能级,严重影响着材料的性能,如何认识理解这些能级的行为和机制,排除屏蔽以及利用这些能级,是提高紫外光电探测器件性能的基本问题。本项目将探索材料性能,器件结构与器件性能间的相互关联,研究材料的结构和性能......”

5、“.....提高响应度制备出高性能的族氧化物半导体基紫外光电探测器件。基于族氧化物半导体的新型激光微腔设计在获得激光二极管的基础上,本项目将探索构建基于单晶中光学全反射设计与构建新型回音壁模激光微腔以提高激光微腔的品质。主要研究内容包括从理论上研究气相法和液相法生长微单晶过程中的不同因素对晶体微结构形貌组分的影响并从实验上研究微腔晶体生长微环境的调控与制备工艺的优化,获得符合激光微腔设计要求的六重对称结构系统研究微腔中光的放大振荡增益损耗等若干重要因素和物理过程,分析微腔中光的吸收激发与辐射特性研究激子产生与复合激光振荡的动力学过程,探讨微腔结构杂质和缺陷对激光设计三元及四元合金薄膜,构筑应变可控的异质结,制备出界面陡峭平整的量子阱结构,为高效族氧化物半导体基激光器件和光探测器件的制备提供优异的器件结构工艺。族氧化物单晶薄膜的外延生长极化效应及器件应用与族氮化物材料相比......”

6、“.....即它不仅可以采用异质外延在蓝宝石等衬底上进行生长,还可以采用同质外延的技术,这将有可能大大提高材料与器件的性能。本课题将重点研究外延基片的表面处理工艺,力争得到具有二维原子台阶的光滑平整表面。探索研究衬底中杂质在外延生长过程中的扩散机制和对外延层的光电性能产生影响的机理,提出抑制杂质扩散的控制技术与方法。将开展族氧化物半导体的外延生长,制备出低背景电子浓度高迁移率的族氧化物外延薄膜。并开展单晶衬底上外延薄膜的极性控制生长研究,实现极性面的可控生长。同时开展族氧化物半导体的掺杂研究,将采用氮掺杂共掺杂等多种掺杂方法在高质量的外延薄膜中实现可重复的型掺杂。还将研究族氧化物异质结构和量子结构材料中的极化效应,开展极化效应与能带工程的研究......”

7、“.....通过对材料微结构的控制及能带工程,实现对族氧化物异质结构材料光电性质的剪裁。在此基础上,开展族氧化物的器件应用的研究,研制出族氧化物结构发光器件和探测器件。族氧化物半导体薄膜中的杂质调控族氧化物宽禁带半导体薄膜由于具有较强的极性,容易产生大量本征施主缺陷,这些缺陷强烈地补偿掺入的受主。因此,提高晶体质量,减少本征施主是型掺杂中的关键科学问题之。另外前期研究结果表明,导致型掺杂困难的主要原因除晶体质量和自补偿效应外,还有受主元素在中掺杂的热力学限制和受主掺杂状态的影响等。本项目将通过理论计算和实验测量相结合,研究的同质和异质外延单晶薄膜中杂质和缺陷的种类分布存在状态形成机制及其对电学和光学性能的影响规律和机制寻找有效的物理方法和技术手段控制杂质和缺陷形成着重提高晶体质量,降低缺陷密度,减少补偿效应,为的型掺杂量子阱制备提供理论指导和技术支持......”

8、“.....着重研究宽禁带半导体中的自补偿规律及其控制技术探索有效的方法和技,这样在掺入受主时放出的能量可以抵消施主产生需要的能量,因此伴随着受主掺入的同时将产生施主杂质而补偿掺入的受主,从而使得型掺杂难以实现,以上现象称为自补偿效应。自补偿效应是等宽禁带半导体面临的共同的严峻问题。该问题的解决将对整个宽禁带半导体领域的发展起到巨大的推动作用。如果能有效钝化产生的施主,则有望实现型电导。本项目中将采用锂氮共掺的办法进行族氧化物的型掺杂。由于锂氮之间较强的亲和力,锂掺入导致的锂间隙施主将可以被氮所钝化,从而使得锂代锌作为受主的作用体现出来,从而有望得到型族氧化物薄膜。实验上我们进行了初步尝试,已经用锂和氮作为双受主掺杂剂得到了薄膜,并在此基础上得到了基结构,在该结构中得到了电流驱动的发光。这定程度上证实了上述通过共掺方法抑制子补偿思路的可行性。利用超薄超晶格技术抑制相分离......”

9、“.....但由于和与和具有不同的稳定结晶结构,使得形成合金时极易发生相分离。在本项目中,将周期性的引入和超薄层,当阱和垒层都很薄时,阱之间形成强的耦合构成宽的子能带以及电子波函数在阱和垒中的分布,可以使每个子能带与相邻子带都连在起形成个连续能带,从而可获得,中很高的或组分,实现带隙调制的同时抑制分相的发生,从而有效解决族氧化物半导体中的分相问题。采用回音壁模式微腔提高激光性能已见报道的紫外激光的获得多为腔或随机腔。两者分别因很大的透射和散射损耗使激光产生的阈值高品质因子低,且后者的激光输出模式无法确定。本项目利用单晶天然的六重对称结构,基于全反射原理构建回音壁新型激光微腔,大大减少透射损耗,避免了散射损耗,进而提高微腔的品质和激光的输出特性。而表面等离子体激元与腔模的有效耦合,将进步增强光的空间限域效应,从而提高光学增益,提高激光性能。可行性分析多年来......”

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