【项目名称】 基于界面理论的发光器件特性调控技术
【主要完成人】
许并社(太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室)
贾虎生(太原理工大学材料科学与工程学院),
王 华(太原理工大学新材料工程技术研究中心)
梁 建(太原理工大学材料科学与工程学院,
山西飞虹微纳米光电科技有限公司)
马淑芳(太原理工大学材料科学与工程学院,
山西飞虹激光科技有限公司)
刘旭光(太原理工大学 化学化工学院)
李天保(太原理工大学材料科学与工程学院,
山西飞虹微纳米光电科技有限公司)
王智勇(北京工业大学 激光工程研究院
飞虹激光科技有限公司(北京))
伍永安(山西乐百利特科技责任有限公司)
【主要完成单位】
太原理工大学
山西飞虹激光科技有限公司
山西飞虹微纳米光电科技有限公司
北京工业大学
山西乐百利特科技责任有限公司
【项目简介】
半导体激光二极管(LD)和发光二极管(LED)等新型光电材料与器件已成为国防工业、新兴产业和低碳经济发展的重大需求。但其核心技术一直被发达国家所垄断。所以,研究LD、LED界面性质与发光性质之间的关系可抢占核心技术战略制高点,具有超前意义。本研究基于界面性质与光电性能之间的关系规律,发明了高功率LD、大功率长寿命白光LED外延片、芯片与器件制备新技术,规模化生产了LD、LED系列产品。
一、发明了制备高功率GaAs基LD外延片及其芯片的新技术
1. 发明了具有分别限制、非对称波导、应变量子阱等特征的LD外延结构。
2.发明了制备高功率LD外延片的界面插层新技术:①采用Al组分渐变和变化Ⅴ/ III元素比的方法,在GaAs(缓冲层)/AlGaAs(n-阻挡层)界面、AlGaAs(p-阻挡层)/GaAs(
表
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面层)界面之间,插入应力减缓层,缓冲了界面应力,减少了缺陷;②在InGaAs(阱)/GaAs(垒)界面处插入低In超薄InGaAs层,减小界面原子失配,获得了高质量量子阱;③在GaAs(垒)/P-AlGaAs(波导层)界面插入隔离层;④采用低温、超低Ⅴ/III元素比、C/Zn共掺的外延
工艺
钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程
,在AlGaAs表面覆盖超高掺杂浓度(E+20级)P-GaAs层,获得了低电阻的欧姆接触界面。
3.发明了提高LD芯片出光效率腔面处理的新材料和新技术:①在LD芯片解理腔面上制备ZnSe基钝化膜,在其上面再制备多周期Al2O3+Si高反膜、在出光腔面上制备Al2O3/ZnSe的增透膜;②在腔面上部制备阻挡电子注入层(非注入端面镀膜),减少了端面光学损伤。
二、发明了制备GaN基大功率长寿命白光LED的新材料和新技术
1. 发明了制备大功率白光LED用外延片的界面插层新技术:①在蓝宝石衬底/n-GaN层之间插入特定形貌的AlN层,减少了位错;②在n-GaN/有源区之间,引入InGaN/GaN超晶格层,减少了位错到达有源区的数量;③在量子阱的InGaN/GaN异质结界面处,插入低In或渐变组分的InGaN过渡层,抑制了压电极化影响;④在p-GaN/ITO全反射界面堆栈银纳米粒子或银光栅层新技术。
2. 发明了“生长/中断/稳定”间歇式生长新工艺,获得了陡峭的InGaN/GaN异质界面。
3. 发明了制备自组装纳米氧化铟锌透明导电层、Ni纳米颗粒光反射层的新技术。
4. 发明了陶瓷/金属复合散热基板和金属共晶焊新材料及制备新技术,获得了高导热、低电阻的欧姆接触界面。
5. 发明了白光LED用高效光电转换荧光粉及其制备新技术。
三、产业化实施
参与制定4部省级
标准
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和6部企业标准;科研成果已在山西飞虹等企业实现了规模化生产,年产值超过12亿元。
四、形成了较完整的知识产权体系
1.授权中国发明专利20项,实用新型专利 13 项,申请中专利12 项;
2.获省部级科技发明一等奖1项、二等奖1项;
3.获省部级鉴定6项。
【授权专利】
1. 许并社, 翟雷应, 梁 建, 贾虎生, 刘旭光, 郝海涛, 李春华. 一种高纯度氮化镓纳米线的制备方法. 太原理工大学.发明专利, ZL 200510048197.7, 2007.06.06.
2. 许并社, 李春华, 梁 建, 翟雷应, 郝海涛, 刘光涣, 王非, 杨冬, 马淑芳. 一种无机化合物氮化镓纳米线的制取方法. 太原理工大学. 发明专利,ZL200510048111.0,2008.05.07.
3. 许并社, 梁 建,马淑芳, 郭普庆,赵君夫,黄 平, 王 玉. 一种发红光的掺氧砷化镓多晶薄膜的制备方法. 太原理工大学.发明专利,ZL200810079375.6, 2011.08.24.
4. 王智勇, 曹银花, 刘友强, 许并社,史元魁,陈玉士, 王有顺. 用于匀化半导体激光器阵列光束质量的光学元件和系统发明专利 .山西飞虹激光科技有限公司,北京工业大学,发明专 利.ZL201110262648.2, 2013.09.25.
5. 王智勇,曹银花,刘友强,许并社,史元魁,陈玉士,王有顺. 半导体激光器阵列的光束整形系统. 山西飞虹激光科技有限公司;北京工业大学.发明专利, ZL201110262744.7, 2012.01.11.
6. 伍永安,高绍兵. 高亮度LED芯片. 山西乐百利特科技责任有限公司,实用新型, ZL201020003718.3, 2011.01.05.
7. 伍永安,高绍兵. 低位错密度的LED芯片. 山西乐百利特科技责任有限公司,实用新型, ZL201020003717.9 , 2011.01.05.
8. 伍永安,高绍兵. 高效抗干扰LED芯片. 山西乐百利特科技责任有限公司. 实用新型, ,ZL201020003719.8, 2010.09.15.
9. 许并社,梁 建,卢英兰. 大功率白光二极管. 山西至诚科技有限公司.实用新型. ZL 02269491.9, 2003.12.03.
10. 许并社, 郝海涛, 周禾丰, 卢英兰, 梁 建, 翟雷应, 李春华. 一种铈、钆激活的钇铝石榴石荧光粉及制取方法. 太原理工大学. 发明专利, ZL 2005100112788.9, 2007.01.31.
11. 贾虎生, 张爱琴, 王淑花, 潘启亮, 赵英, 刘旭光,许并社. 一种含铕、铽的高分子白光荧光粉的合成方法. 太原理工大学;山西国光半导体照明工程研究有限公司 .发明专利, ZL201010529546.8, 2012.06.27.
12. 张爱琴,郝晓东,张九丽,王淑花,许并社,贾虎生. 一种红绿蓝共混白光荧光粉的制备方法. 太原理工大学.发明专利 ,ZL 20120295208.1,2013.11.27.
13. 许并社,王莉,李洁,王华. 一种发白光的荧光粉的制取方法. 太原理工大学. 发明专利, ZL 201110207751.7, 2013.11.27.
14. 许并社,李洁,张树全,王莉,刘红利,王华,周禾丰. 一种偏钒酸盐纳米晶/聚合物复合荧光膜的制备方法. 太原理工大学. 发明专利, ZL201110131004.X, 2013.02.13.
15. 许并社, 张树全, 王华, 贾虎生, 周禾丰, 李洁, 樊秀珊, 彭少鹏, 吴文质, 陈隆建. 一种上转换白光荧光粉的制备方法. 太原理工大学. 发明专利, ZL201110268689.2, 2013.03.13.
16. 刘旭光, 陈柳青, 许并社,周禾丰, 韩培德, 许慧侠,卜维亮, 贾虎生. 一种发蓝绿光的发光二极管及制备方法. 太原理工大学. 发明专利, ZL200710061887.5, 2009.04.08.
【代表性论文】
1. Xu Bingshe, Yang Dong, Wang Fei, Liang Jian, Ma Shufang. Synthesis of large-scale GaN nanobelts by chemical vapor deposition. Applied Physics Letters, 2006, 89: 074106.
2. Xu, BS; Ichinose, H; Tanaka, S. Temperature and twist angle dependences of Josephson effect measured in [001] twist boundary of bi-superconductor bicrystals. Journal of the Japan Institute of Materials,1996, 60(2):121-127.
3. Dang, Suihu; Li, Chunxia; Jia, Wei ,Zhang Zhuxia, Li Tianbao, Han Peide, Xu Bingshe. Improvement of light extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes using Ag nanostructure and indium tin oxide grating. Optics Express, 2012,20(21): 23290-23299.
4. Suihu Dang, Chunxia Li, Peide Han, Wei Jia, Zhuxia Zhang, Hua Zhang, Jian Liang, Husheng Jia, Xuguang Liu, Bingshe Xu. Theoretical studies on transforming a GaN semiconductor into a photonic crystal under a periodic external magnetic field. Journal of Materials Science, (2013) 48:1147-1152.
5. Suihu Dang, Chunxia Li, Wei Jia, Hairui Liu, Zhuxia Zhang, Tianbao Li, Xuguang Liu, Peide Han, Bingshe Xu. Performance enhancement of GaN-based light-emitting diodes by surface plasmon coupling and scattering grating. Journal of Materials Science, 2013. 48(16):5673-5679.