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机电工程学院汪炼成教授课题组在第三代半导体材料和器件取得研究进展

来源:机电工程学院 点击次数:次 发布时间:2020年06月22日 作者:张磊

本网讯  近日,美高梅4688官方网站机电工程学院汪炼成教授团队在第三代半导体新型LED器件和AlN紫外光学与器件方面取得研究进展:在光学领域1区杂志Photonics Research发表了题为“Phosphor-free Single Chip GaN-based white light emitting diodes with moderate color rendering index and significantly enhanced communications bandwidth”的文章((Vol. 8, No. 7 / July 2020 /Photonics Research), IF: 5.522),在光学领域1区杂志Optics Letters发表题为“Ultrawide bandgap AlN metasurfaces for ultraviolet focusing and routing”(Opt. Lett.,Vol. 45, No. 12 / 15 June 2020. DOI:10.1364/OL.395909, IF: 3.599)和“Three-dimensional metal-semiconductor-metal AlN deep-ultraviolet detector”(Opt. Lett.,Vol. 45, No. 12 / 15 June 2020. DOI:10.1364/OL.394338, IF: 3.599) 的文章,在光学主流期刊Applied Optics 发表题为“Design of AlN ultraviolet metasurface for single-/multi-plane holography”的文章(Vol. 59, No. 14 / 10 May 2020 / Applied Optics)。以上文第一作者为我校2017级博士研究生荣桥、李滔和2018级硕士生胡泽林、高祥,汪炼成教授为通讯作者。

GaN基白光LED可见光通信可以是传统WiFi的有力补充,是智慧城市、智能家居等重要的支撑技术。特别是考虑到照明用白光LED灯具无所不在,不需要建设新的基站,就可以进行通信定位等优势,使得可见光通信具有极大的社会价值和经济价值。但目前照明用白光LED面临调制带宽进一步提升的需求。针对量子阱压电极化和荧光粉导致直调速率慢问题,利用自组装InGaN量子点有源区结构实现无荧光粉单芯片白光LED,在电流密度为72A/cm2时达到最大3dB调制带宽为154MHz,同时光色电参数为相对色温为6253K,显色指数=72,有利同时实现照明和可见光通信。

Metasurface可以用来对光的相位、偏振和强度进行调节,从而实现滤波、起偏等功能。紫外光学器件在军事航空空天领域有诸多应用前景。但是紫外区Metasurface存在材料吸收严重,加工尺度小等困难。

以上工作通过设计紫外全息成像,使用AlN圆柱体超表面,实现了2pi范围内8重离散的相位调控目的。设计出单平面和多平面的紫外全息图,单平面的全息图效率达到了34.05%,多平面紫外全息图最终三个成像平面的相关系数超过了0.8。采用磁控溅射、激光直写、ICP刻蚀等传统半导体制造手艺和波带板设计理论制造出了针对375nm的聚焦超表面和光场调控超表面。其中对于375聚焦超表面,在轴和离轴的聚焦效率分别达到了33.3%和12.7%,而光场调控超表面成功实现了对于单波长光的不同平面不同位置的光场聚焦调控,其效率达到了16.7%。)采用MOCVD在蓝宝石上外延生长AlN,再采用ICP刻蚀、磁控溅射和光刻等工艺制造了背入射3DMSM和不同刻蚀深度的正入射3DMSM器件,在2V偏压下200nm光波长处MSM、3D-MSM、FC-3DMSM相应度分别为0.0065A/W、0.008A/W、0.0096A/W。同时3D-MSM器件相比MSM 器件响应时间上升了18.4%,迟豫时间减小了48%。

该团队长期从事第三代半导体材料和器件研究,近年来取得了多项重要研究成果,在Nanoscale (Nanoscale, 2017,9, 7021–7026);3), IF: 6.970)、Optics Letters(Opt. Lett., 42, 15, 2977,2011),Opt. Lett., 44, 17, 4155-4158 (2019),IF: 3.599),Nanophotonics (Nanophotonics2019;8(1):171-180,IF: 7.147)等期刊发表多篇论文。

以上工作合作单位为中国科学院半导体研究所半导体照明中心,工作得到国家重点研发计划战略性先进电子重点专项、湖湘高层次青年创新人才等项目的支持。


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