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1、1 【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
2、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2 【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
3、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：采用 Al 组分渐变和变化/ 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； 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； 在GaAs(垒)/P-AlGaAs( 波导层 )界面插入隔离层；采用低温、超低/III 元素比、 C/Zn 共掺的外延工艺，在AlGaAs 表面覆盖超高掺杂浓度(E+20 级 )P-GaAs
4、 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：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； 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：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；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；在量子阱的InGaN
5、/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；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
6、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。3 【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，
7、 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
8、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 ,ZL20102000
9、3719.8, 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
10、 专 利 , 4 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,
11、 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. 5 【代表性论文】1.Xu Bingshe, Yang Dong, Wang Fei, Liang Jian, Ma Shufang.
12、 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 Institut
13、e 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.
14、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
15、 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. 6. Xu BingShe, Zhai LeiYing, Lia
16、ng Jian, Ma ShuFang, Jia HuSheng, Liu XuGuang. Synthesis and characterization of high purity GaN nanowires. Journal of Crystal Growth, 2006, 291: 34-39. 7. Ma Shufang, Liang Jian, Zhao Junfu, Xu Bingshe. Synthesis, characterization and growth mechanism of ?ower -like vanadium carbide hierarchical nanocrystals. CrystEngComm, 2010, 12: 750-754. 8. Zhang Aiqin, Zhang Jiuli, Pan Qiliang, Wang Shuhua, Jia Husheng, Xu Bingshe. Synthesis, Photoluminescence and Intramolecular Ene
