大电流密度下绿光LED内量子效率的研究

绿光发光二极管（LED）在通用和特殊照明方面应用日益广泛。但是绿光LED性能仍远远落后于蓝光和红光LED。主要原因是内量子效率太低，而且在大电流密度下效率下降很快（droop效应）。严重制约高质量、高效率固态氮化物白光的发展，以及在国防军事方面的应用。 本研究围绕四个主要方面开展研究：1. 高In组分量子阱能带模拟；2. 大电流下效率droop；3. 微米图案化衬底设计制备以及外延生长；4. 表面等离子激元绿光。 1. 通过APSYS模拟分析软件研究了不同量子阱In含量的绿光InGaN LED的发光特性及其物理机制。研究了InGaN插入势垒层对绿光LED的发光特性的调制，实现了电子漏率降低，器件内量子效率效率有效地提高。 2. 通过扫描近场光学显微的测量方法来研究大尺寸V形缺陷的微区光学特性。空穴注入深度在V形缺陷内部相比于外部发生了明显提高。观测到了存在大尺寸V形pits的样品有更强的底层量子阱发光，建立大尺寸V形缺陷区域等效电路模型。说明通过生长大尺寸V形缺陷的方法来抑制效率droop是有效的。 3. 引入激光加工技术在c-plane蓝宝石衬底上制备出凹型半球状图形化衬底（HPSS），在衬底侧边形成半极性面。通过横向外延生长（ELOG）方法在500nm的绿光LED外延层中嵌入了凹型半球状空腔结构。重点研究了这种HPSS衬底对LED的InGaN有源层质量以及对LED器件的光学和电学特性的影响。 4. 成功制备出具有表面等离子体（SP）的绿光LED，并对其光学特性和电学特性进行分析。纳米颗粒的引入，还减小了绿光LED的电压，改善了绿光LED的热特性。系统地研究了绿光LED的有源区量子阱（QWs）与表面等离子体的耦合特性。该方法直观地证实了SP增强绿光LED发光的实验现象和IQE增强机制。 本项目对当前氮化镓半导体光电科学基础研究有促进作用。为发展适合大功率驱动，高亮度需求的绿光LED奠定基础。综合厘清影响droop的主要因素，提出大幅度提升大电流密度下发光效率的方案无论对科学界还是工业界意义重大。

绿光二极管（LED）在通用和特殊照明方面应用日益广泛。但是绿光LED性能仍远远落后于蓝光和红光LED。主要原因是内量子效率太低， 而且在大电流密度下效率下降很快，droop效应比蓝光LED严重得多。本项目拟通过半导体能带模拟和实验研究大电流密度下量子阱中载流子的传输和复合机制，研究多铟量子阱中极化电场，俄歇复合，位错密度等对LED内量子效率影响的科学本质。通过外延结构调整，纳米图案化衬底的外延生长，新型非极性和半极性衬底高铟量子阱效率的研究，和大功率垂直结构绿光LED芯片创新四大方面，提出大电流密度下高效绿光LED的外延生长和芯片设计方案。有望使绿光LED在大电流密度下大幅提高量子效率。本项目对当前氮化镓半导体光电科学基础研究有促进作用。为发展适合大功率驱动，高亮度需求的绿光LED奠定基础。

采用线性扫描伏安法研究了各种石墨(碳)电极的动力学性能，结果表明,随着电极嵌锂程度的增加，其交换电流密度(i0)增大。热解炭的交换电流密度较小，轴定向结构的石墨化碳纤维GCF的反应活性有所提高，改性天然石墨SMG表现出最大的交换电流密度 。

交换电流密度主要取决于碳材料表面碳原子含量及其电化学活性，表面碳原子含量较高、活性增强时，碳材料的交换电流密度较高。

利用阴极极化曲线测试法 ，测试分析了不同碳材料和不同方法制备的铂碳复合电极的交换电流密度。实验结果表明 ：铂碳复合电极制备过程中碳材料的选取对其制备的复合电极交换电流密度有着非常重要的影响。在相同铂含量条件下，用聚亚苯基树脂碳制备的铂碳复合电极交换电流密度约为用乙炔黑制备的铂碳复合电极交换电流密度的 4 .6倍左右 。

按年最大负荷利用时间（小时数），导线的经济电流密度如下表：

项目重点研究了大跨隔震结构考虑地震动空间效应的影响，通过理论分析与振动台试验研究，分析了隔震大跨空间结构在多点地震激励下的地震响应特征。近年来，支座隔震技术逐步应用于空间网格结构，由于隔震层的存在，导致现有计算方法无法适用于隔震结构多点地震激励下的地震响应分析。项目针对隔震空间网格结构超长、大跨的特点，基于理论分析与振动台模型试验，确定了多点地震激励下的结构响应分析方法，研究隔震网格结构的动力特性和地震响应特征。理论方面，针对隔震结构的非线性问题，重点解决结构动力方程中的支座变刚度与非比例阻尼问题，提出刚度和阻尼等效准则，实现动力方程的直接求解，并进行算法研究，编制相应的计算程序。试验研究方面，基于振动台台阵模型试验，研究隔震网格结构多点地震输入下的动力特性和响应特征，重点考察地震动激励、支座的刚度和阻尼变化对结构抗震性能的影响，并验证理论模型的合理性。最后基于理论分析与试验研究，利用数值模拟进行参数分析，建立多点地震激励下隔震网格结构的实用分析方法。 2100433B