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硅基锗材料的异质外延及高效发光器件研制的开题报告
【开题报告】
一、选题背景
高效红光发光二极管是实现彩色LED光源的关键组成部分之一。在目前红色发光材料中，硅基锗材料因其高截止温度、高电学导率等独特优点，已经成为研究的热点之一。其中，异质外延技术是制备硅基锗材料的重要手段之一。异质外延技术具有高度可控性、低损伤断层、提高材料质量等优点，被广泛应用于光电器件制备中。
二、研究目的
本研究旨在通过异质外延技术制备高质量的硅基锗材料，同时实现其在高效发光器件中的应用。具体研究目的如下：
1.制备高质量的硅基锗材料。
2.研制基于硅基锗材料的高亮度、高效率的红色LED器件。
3.分析器件中的发光机制及优化器件性能。
三、研究内容
1.硅基锗材料的制备与表征
采用化学气相外延法(HVPE)生长GaAsP基板，通过金属有机气相外延法(MOVPE)在GaAsP基板上外延生长硅基锗材料。利用XRD、图像(POM)等技术对样品进行结构和显微结构表征。
2.高亮度、高效率红色LED的器件研制
采用异质外延技术制备高质量的材料作为发光层，在p-GaP和n-GaAsP中添加合适的镁等掺杂元素来形成正负电极。通过光学性质测试，探究器件发光机理，并针对实验结果进行优化。
3.优化器件性能
通过制备不同形式的器件(如异质结、双异质结等)，针对不同实验结果进行制备优化。通过调节材料生长参数、实验条件等因素，探究不同材料制备工艺对器件性能的影响。同时，优化器件结构、波长和发光强度等性能，实现器件性能的最佳化。
四、研究意义
本研究通过制备高品质的硅基锗材料，构建基于断带调制结构的高亮度、高效率红色LED器件，并通过实验结果进行优化，有以下研究意义：
1.扩展新的材料体系，弥补传统发光材料在红色波段上的缺陷。
2.探究锗材料异质外延制备硅基锗材料的关键指标，如生长温度、气氛种类、氧化层处理等，为异质外延技术提供参考。
3.实现硅基红色LED的高亮度、高效率发光，有突破性的应用价值，具有广阔的发展前景。
四、研究进度安排
1.第一年：制备生长高质量的硅基锗材料。
2.第二年：制备高亮度、高效率红色LED器件。
3.第三年：优化器件结构，探究不同材料制备工艺对器件性能的影响。
五、预期成果
通过本研究，预期的成果如下：
1.制备高质量的硅基锗材料，探究其异质外延技术制备重要指标。
2.制备高亮度、高效率红色LED器件，并探究器件发光机理，实现优化器件性能。
3.发表在国内外相关重要学术刊物上的论文，提交专利申请。
六、研究条件和经费
该研究所需的主要设备及场地资源为实验室、电子束光刻机、蒸发仪、气相外延机、PL测试仪等。研究经费总计为50万元。
七、参考文献
1.SunJ,LinJ,LiX,etal.ThestatusandprospectsofGe-basedoptoelectronics[J].MaterialsScienceinSemiconductorProcessing,2017,60:29-49.
2.LinMC,LeeCH,WuCY,etal.High-efficiencyredlight-emittingdiodes:challengesandsolutions[J].Optica,2017,4(7):864-885.
3.LiuG,LiY,YuX,etal.Ge-basedmaterialsanddevicesforoptoelectronicsandphotonicsapplications[J].ProgressinMaterialsScience,2019,103:1-49.