InN材料电致发光机理的研究

The development of research on InN, especially the discovery of narrow direct band gap around 0.7 eV, has made it an ideal material to fabricate pollution-free, high-performance near-infrared (NIR) light emitting diode(LED) and laser diode(LD). These devices may bring a breakthrough in the field of fibre communication. However, we have rarely seen literatures about the electroluminescence of InN. At present, we successfully realize the 1573nm near-infrared electroluminescence of InN for the first time and our work has been recognized by international counterparts. In 2012, we were invited by International Workshop on Nitride Semiconductors to do invited talks. However, the research on physical property of InN material is not incisive enough, and there are still many obstacles must be overcome if we want to achieve NIR near-band luminescence with high stability and high efficiency. Under such circumstance, we plan to do research on the behavior of carrier transportation and the mechanism of electroluminescence in InN. We come up with the idea innovatively of using polarization to improve the injection efficiency of carriers which makes the recombination luminescence mainly in InN material. And this will achieve high brightness NIR electroluminescence with steady temperature dependence. This project is of great scientific significance to lay a good foundation for the application in the field of fibre communication of InN material system.

伴随InN材料物理特性研究进展，特别是0.7eV左右窄直接带隙的发现，使InN材料非常适合制备光纤通信领域中无污染、高性能的近红外发光管和激光器，很可能为光纤通信的发展带来突破。然而一直以来我们未见到InN材料的近红外电注入发光报道，目前我们首次实现了InN材料位于1573nm处的近红外电注入发光，得到国际同行的认可，受邀在2012年氮化物半导体国际会议上做邀请报告。然而目前对于InN材料物理特性的研究仍然不够透彻，如何实现InN材料更稳定高效的近红外电致发光仍然没有得到很好的解决。为此，我们将开展InN材料载流子输运行为及电注入发光机理的研究，并创新地提出采用极化诱导效应提高载流子的注入效率，使其主要在InN中复合发光，从而获得温度特性稳定的高亮度近红外电注入发光。该项目的开展，为InN系材料发光器件在光纤通信领域中的应用打下良好基础，具有重要科学意义。

伴随InN材料物理特性研究进展，特别是0.7eV左右窄直接带隙的发现，使InN材料非常适合制备光纤通信领域中无污染、高性能的近红外发光管和激光器，很可能为光纤通信的发展带来突破。然而很长一段时间一直没有InN材料的近红外电注入发光报道，虽然我们在2012年首次实现了InN材料位于1573nm处的近红外电注入发光，然而目前对于InN材料物理特性的研究仍然不够透彻，如何实现InN材料更稳定高效的近红外电致发光仍然没有得到很好的解决。针对上述问题，我们采用RF-MBE法在高质量InN材料的可控制备与InN基发光器件的结构设计方面开展了一系列研究工作，具体工作如下：.开展了InN材料在可控制备、生长机制及材料特性方面的研究，实现了高质量InN单晶薄膜和多维度InN纳米结构的制备。在InN薄膜厚度为200nm时，(002)面XRD 摇摆曲线半高宽540弧秒，室温背景电子浓度8×1018cm-3，室温电子迁移率550cm2/V•s；开展了不同组分InxAl1-xN合金材料的生长与条件优化工作，通过合金组分的系统调节实现合金能带结构的有效调控，推算出InxAl1-xN合金材料的能带弯曲因子b=4.63 eV。.在此基础上，我们开展了不同结构InN基异质结发光器件的设计制备工作。设计制备了p-GaN/n-InN/InxAl1-xN异质结器件，相比于p-GaN/n-InN异质结结构，载流子的辐射复合区域由GaN/InN异质结界面移动到了高质量InN单晶中，同时提高了注入载流子在InN中的辐射复合效率；开展p型NiO材料的优化外延生长及特性研究，利用光电子能谱技术研究了p-NiO/n-InN异质结结构的界面能带排列，以p型NiO为空穴注入层实现了不同基底上p-NiO/n-InN异质结器件的近红外电注入发光，有效的降低了其工作电压；在Si衬底上制备了p-Si/ZnMgO/n-InN核壳纳米柱异质结发光器件验证其可行性，基于异质结界面、电学传输特性及能带结构的研究分析了异质结结构及其工作机制，表明核壳纳米柱结构能够有效的提高Si基InN材料的近红外电致发光效率。