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应变可调节氮化镓发光性能

导读: 作为一种使用最广泛的III-V族半导体材料,氮化镓由于其具有卓越的电致发光特性而被广泛的应用于光电器件的制备中,包括发光二极管、激光二极管和平板显示器等等。

  作为一种使用最广泛的III-V族半导体材料,氮化镓由于其具有卓越的电致发光特性而被广泛的应用于光电器件的制备中,包括发光二极管、激光二极管和平板显示器等等。

         随着电子学技术的发展和实际应用的需要,制备柔性的或者可印刷式的光电器件成为一种巨大的需求。其面临的主要的挑战就是各种光电器件在有自身形变存在的情况下,工作性能将会发生什么改变。最近,基于压电光电子学效应,美国佐治亚理工学院讲席教授王中林课题组的研究发现,当在氮化镓的薄膜中引入应变时,其电致发光性能可以得到调节,其中外量子效应在现有的试验条件下可以得到5.84%的改善。在未来的应用中,可以通过在光电器件制备过程中预先引入适当的形变,使其发光性能得到最佳优化。

  压电光电子学是压电效应、光子特性和半导体特性三相耦合的一种效应,它通过应变引起的压电势来调节和控制电光过程,或者反过来利用电光过程调节和控制力的作用。该效应由王中林小组于2009年首次发现。

        在过去几年的研究中,这种力、电、光的三相耦合被用于优化光电池,提高光探测器的灵敏度,以及提高发光二极管的效率。这项由胡又凡,张岩和王中林等最新的研究中,两块透明的ITO电极沉积在镁掺杂的氮化镓薄膜上,得到一个ITO-氮化镓-ITO(金属-半导体-金属)的器件结构。通过在器件中引入不同的应变条件,金属-半导体接触界面处的电致发光性能可以得到调节。这是因为,作为一种压电材料,当氮化镓薄膜中存在适当的应变时,将会在金属-半导体界面处引入带正电或者带负电的压电极化电荷,这些极化电荷的存在会调节界面处半导体材料中少数载流子的注入效率,而该效率将会直接影响到界面处的电致发光性能。该项研究结果发现,对于氮化镓薄膜中浅能级杂质相关的电致发光过程,其外量子效率可以得到5.84%的改善,而对于深能级杂质相关的发光过程,其外量子效率的改善只有0.54%。这表明,压电光电子效应对于前者具有更大的影响作用。

  作为一种主导的光电器件材料,该项研究成果提供了氮化镓薄膜在应力存在的条件下其光电特性的影响,对于这种材料未来在柔性光电器件方面的应用具有重大的意义。

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