应力工程调控的可见光通信中芯片设计及光电性能研究

Up to now, the application fields of visible light communication (VLC) is covering indoor navigation and positioning, indoor wireless network(especially on plane and in hospital), intelligent transportation system (ITS) , etc.In today’s information age, the storage, transfer, processing and security of large amounts of data are in great demand. Therefore, one of the key technologies of VLC is to improve the modulation bandwidth of LED chip. The piezo-phototronic tuned VLC based on Ⅲ-group nitride material is lack of research. This project aims to improve the emission properties and increase the modulation bandwidth of LED chip in VLC using strain engineering. The influence of strain modulation on the carrier’s generation, transportation and recombination will be deeply investigated. Based on this, we will explore the improving mechanism of device properties and communication performance. Moreover, a more feasible and efficient strain modulation technology based on flexible device will also be explored for optimize VLC system.

至今，可见光通信技术（VLC）在室内导航与定位、室外射频敏感受限领域（军事、海啸/地震监控等）和安全通信领域（政府、银行、金融、海关等）、智能交通系统等领域有广阔的应用前景。在当今这个信息时代，人们对海量数据的存储、传输、处理、安全的需求是永远没有止境的。因此，如何提高LED调制带宽是可见光通信需要解决的关键技术之一。基于氮化物半导体材料的压电光电子学效应调制的可见光通讯的研究还鲜有人做，值得深入研究。本项目拟从改善可见光通讯系统中芯片性能出发，优化芯片的电极设计，提高电流注入效率，增加LED发光效率；利用应力工程调制提高LED芯片的调制带宽；深入探究应力调控技术对芯片有源区中载流子的产生、输运和复合机制的影响，探讨器件性能和通讯性能改善的机制。另外，基于柔性光电子器件的初步研究，探索更加简便易行、高效的应力调制技术，进一步优化PVLC系统。

至今，可见光通信技术（VLC）在室内导航与定位、室外射频敏感受限领域（军事、海啸/地震监控等）和安全通信领域（政府、银行、金融、海关等）、智能交通系统等领域有广阔的应用前景。在当今这个信息时代，人们对海量数据的存储、传输、处理、安全的需求是永远没有止境的。因此，如何提高LED调制带宽是可见光通信需要解决的关键技术之一。本项目从改善压电光电子学调制的可见光通讯系统中芯片性能出发，采用一系列技术手段，大大提高了器件发光效率。（1）首次基于压电光电子学效应，采用了新型易操作、小体积和经济的方法，在 300 K到 380 K温度范围内大大缓解了micro-LED热退化，显著提高了LED发光效率。特别是在 364 K时，0.09 % 的外应力调制下，热退化效应完全消除。（2）首次利用光阻热回流技术和激光干涉曝光技术实现了表面粗化，有效地提高了纳米结构AlGaInP基LED的提取效率。（3）量子阱和p-n结的重叠是开发高效LED的重要指标。我们通过p-n结调制工程研究了不同电压条件下器件的电致发光特性，探讨了芯片有源区中载流子的产生、输运和复合机制的影响，指出了有效重叠越大，量子阱中载流子更平衡，约束更强，发光更强。此工作提供了提高发光效率的明确方法。这些工作大大促进大功率高性能商用LED的发展，对实现高速可见光通讯具有十分重要的指导意义。另外，为了消除衬底和GaN材料中的大晶格失配和热失配对器件性能的影响，本项目创新性地采用电镀技术，开展了高散热衬底柔性制备工艺研究，解决因衬底与GaN外延材料巨大失配引起的可靠性隐患，同时提高器件的发光性能。因此，本项目实现了LED芯片发光性能提升的关键技术，阐明了有源区中载流子的产生、输运和复合机制，对于进一步优化PVLC系统，实现更大带宽、更高速率可见光通讯的实现提供有益的新思路。