III族氮化物半导体微腔结构中激子极化激元和受激辐射研究

本申请以获得高Q因子的III族氮化物半导体微腔结构，实现激子极化激元在室温下受激辐射为研究目标，围绕微腔结构中光子-激子耦合和激子极化激元受激辐射两个基本物理过程，研究在大失配条件下III氮化物超晶格布拉格反射镜(DBR)和微腔结构的生长规律，探索光学微腔结构对光子的限制效应以及有源层量子阱结构的化学组分、极化作用对激子的限制效应，理论分析光子-激子的耦合过程及简并能带分裂，研究微腔结构中激子极化激元的拉比分裂能量和温度依存特性，研究微腔结构的受激辐射现象和阈值条件，为制备高效率低阈值的GaN基半导体激光器提供一种新研究思路和技术途径。

基于III族氮化物半导体材料的高效率光电子器件，包括发光二极管和激光器等，是实现固态照明和信息技术提升的基石。本项目以获得高Q 因子的III 族氮化物半导体微腔结构为研究目标，围绕微腔结构中光子-激子耦合和激子极化激元受激辐射两个基本物理过程，研究了在大失配条件下III 氮化物超晶格布拉格反射镜(DBR)和微腔结构的生长规律，探索出光学微腔结构对光子的限制效应以及有源层量子阱结构的化学组分、极化作用对激子的限制效应，分析了光子-激子的耦合过程及简并能带分裂，获得了一种III族氮化物的微腔结构，为制备高效率低阈值的GaN 基半导体激光器提供一种新研究思路和技术途径。.本项目针对上述科学问题开展研究，圆满完成原定研究任务。取得的主要成果包括：(1) 掌握了III族氮化物半导体和介质多层薄膜的DBR结构的设计规律和制备技术，紫外波段介质膜DBR的反射率达到99%以上，氮化物基DBR的反射率达到93%，为制备高质量微腔结构奠定了基础。(2) 发展了高Al组分AlGaN/AlN超晶格的生长技术，首先揭示出超晶格中应变作用下AlGaN子层中合金组分的提拉效应和缺陷分布规律。(3)利用k•p理论设计出包含极性面(c面)和非极性面(m面)AlGaN和InGaN有源层结构，揭示了应变对有源层能带结构和光发射效率的影响，以及DBR光场限制作用和氮化物异质结构极化场影响下的拉比分裂现象。(4)制备出III族氮化物紫外微腔结构，该结构在330nm位置有明显的共振增强作用，品质因子Q值达到~32。.该项目在国家自然科学基金支持下，已发表国内外重要刊物上发表学术论文22篇(均标注基金号NSFC No. 60906025)，被SCI收录20篇，EI收录2篇；出版国内专著1章节；申请/获得发明专利4项(包括申请美国专利1项)。本项目主持人刘斌于2010年先后获得全国优秀博士提名论文奖，高等学校科学研究优秀成果自然科学一等奖，霍英东教育基金会青年教师基金资助，2011年获得教育部新世纪优秀人才支持计划。项目执行期间，共培养博士后1人，博士研究生4名，其中2名获得博士学位，硕士研究生7名，其中3名获得硕士学位。.综述所述，本项目经过三年的努力，已圆满完成了既定研究目标和任务，取得了一批研究成果，在论文发表、专利申请以及人才培养等各方面都取得了喜人成绩。因此,项目获得了青年-面上连续项目经费支持。