影响氮化镓基蓝色发光二极管响应时间关键因素的研究

科研人员对氮化镓基蓝色发光二极管的研究集中于显示和照明领域，对其超高响应速率（纳秒级）方面的研究报道不多。本项目拟研究影响GaN基蓝光LED响应速率的关键因素及其规律与机制，探寻实现提高GaN基LED响应速率达纳秒级的途径，为实现其在特殊领域的应用提供理论基础。.本项目拟通过载流子寿命、器件结电容及电路阻抗等方面研究来提高响应速率。具体从以下方面突破：(1)提高载流子复合速率,如：控制晶向及缺陷浓度，在活性层中引入量子点、量子线等；（2）控制掺杂浓度，如：p形层、n形层及量子阱垒层等；（3）控制结构形状厚度及其生长条件，如：p形层、n形层、量子阱及其垒层，电极等；（4）研制新材料，如：P、N电极、荧光粉与透镜等封装材料；（5）研究载流子注入与扫空电压、电流波形等。.通过以上应用基础研究能为研制出纳秒级响应速率蓝光LED提供理论依据。为实现其在特种照明领域，如可见光通信、生化分析等准备条件。

本项目从实验和理论两方面研究了影响氮化镓基蓝色发光二极管响应时间关键因素。研究主要内容包括：（1）量子阱数目变化对GaN基发光二级管响应特性的影响；（2）)提高载流子复合速率的方法研究；（3）P型掺杂浓度和材料缺陷浓度对发光二极管的响应的影响研究。. 理论和实验都表明蓝光LED的响应时间与阱数有关，阱数越少，响应特性越好，但考虑到阱数与光效的关系，3个阱数的LED是最佳的结构。且LED有源区中的垒层n型掺杂能显著改善器件的光学和调制性能。高的复合速率，才能获得超快响应的蓝光LED。通过设计啁啾的电子阻挡层的蓝光LED、晶格匹配的量子阱垒层结构LED及建立在HBT结构基础上的高速调制发光二极管等新型结构来提升发光器件响应的上限频率。采用上述方法获得高响应的LED外延和芯片，并获得核心专利。项目最终设计及制备出响应时间为37纳秒的1W的蓝光LED，达到项目要求。通过以上应用基础研究能为研制出纳秒级响应速率蓝光 LED 提供理论和实验依据。为实现其在特种照明领域，如可见光通信、生化分析等准备条件。