2024年-纳米答辩（精编）.ppt

基于纳米结构的类太阳光谱

白光LED基础研究建议首席科学家：陈弘中科院物理研究所、清华大学、北京大学、南京大学、华南师范大学

汇报提纲 立项依据及拟解决的关键科学问题 主要研究内容和预期目标 总体研究方案、课题设置 研究队伍总体情况、推荐项目首席科学 家/项目负责人和主要骨干概况 与本项目相关的研究工作基础和研究条件2

立项依据及

拟解决的关键科学问题3

半导体照明已成为我国战略性新兴产业产值(亿元)2011年我国半导体照明产业规模突破1500亿元年增长率40%预计2015年可达5000-6000亿元4

半导体照明挑战传统照明的

两大关键因素高效节能高照明品质5

半导体照明的节能优势已初步确立20015010050060流明/瓦15流明/瓦目前白光LED发光效率已经达到130流明/瓦期望2015年达到180流明/瓦期望2020年突破200流明/瓦6

本项目拟解决照明品质问题太阳光——人类最适应的光源——光谱连续7

本项目拟解决照明品质问题本项目的研发目标——类太阳光谱照明光源具有连续光谱，且发光光谱与太阳光谱的可见光区域十分接近的人造照明光源能效高照明品质好优点8

为什么要开发类太阳光谱照明光源传统人造光源白炽灯、卤素灯面临的问题?光谱连续，显色指数100半导体照明的奋斗方向研制出色温高低可控、高效的类太阳光谱白光LED照明光源光谱中含有大量人眼不可见的红外光，造成电能浪费光谱分布不可控，色温偏低9

为什么要开发类太阳光谱照明光源现有的半导体照明技术无法提供类太阳光谱白光现有白光LED的制造方法蓝光LED芯片+黄色荧光粉蓝光LED芯片黄色荧光粉光谱中缺乏红光和绿光成分，显色指数仅6010

现有白光LED的照明品质

难以进入通用照明领域博物馆、剧院等特殊场合显色指数>85室内显色指数>80现有半导体照明技术在照明品质上和传统照明光源相比仍有差距，难以进入市场11

下一代半导体照明技术

——基于类太阳光谱白光LED类太阳光谱白光LED，光谱连续且不含有红外和紫外成份，可以兼具高发光效率和高照明品质12

国际上类太阳光谱白光LED的研究现状飞利浦公司采用34颗LED组成类太阳光谱白光LED光源多颗LED组合?不同半导体材料，混光和驱动系统复杂132024/5/5

?由于技术原因，只实现了三种颜色多量子阱层叠的白光发光且发光效率很低?量子阱难以实现高效的长波长发光n-GaNp-GaN蓝宝石衬底量子阱有源区国际上类太阳光谱白光LED的研究现状到目前为止，GaN基蓝、绿光LED都采用InGaN/GaN量子阱结构作为有源区，包括我国在半导体照明领域中已经立项的众多研究项目日亚公司希望依靠这种传统的多量子阱结构来实现类太阳光谱白光LED14日亚公司提出采用多个不同的量子阱以发射不同波长来实现类太阳光谱白光LED的方案2024/5/5

仅依靠InGaN/GaN量子阱难以实现类太阳光谱白光LED高In组分InGaN中的大失配和强应变使得InGaN量子阱难以实现高效的长波长发光电子波函数空穴波函数152024/5/5

仅依靠InGaN/GaN量子阱难以实现类太阳光谱白光LED2007年,我们提出采用“量子阱+量子点”的方法实现了单芯片白光LED发光，为探索类太阳光谱白光LED开辟了一条新技术途径(AppliedPhysicsLetters91(2007)161912)国际上普遍认为，仅依靠InGaN量子阱实现类太阳光谱白光LED几乎是不可能的162024/5/5

不同尺寸组分量子点发射不同颜色的长波长光量子阱+量子点实现类太阳光谱白光LED的技术路径类太阳光谱白光LED发光区波长光强InGaN量子阱发射蓝光172024/5/5

InGaNGaNGaN量子阱+量子点实现类太阳光谱白光LED的技术路径量子阱垂直应变水平限制InGaN的晶格仅在水平方向受到限制，在垂直方向产生的应变引起很强的压电极化电场InGaN的晶格在水平方向和垂直方向同时受到限制，从而降低压电极化效应垂直限制水平限制18量子点2024/5/5

有源区n-GaN蓝宝石衬底p-GaN多波长发射纳米结构高光子透射纳米结构高光子反射纳米结构高内量子效率类太阳光谱发光高光提取效率类太阳光谱发光基于纳米结构的类太阳光谱白光LED及其关键科学问题科学问题一大失配材料体系中的异质纳米结构生长动力学科学问题二强极性量子阱和量子点结合纳米结构中的载流子输运和复合规律科学问题三纳米结构中的全方向多波长可见光光子传输及其调控192024/5/5

主要研究内容和预期目标20

针对关键科学问题之一

大失配材料体系中的

异质纳米结构生长动力学

主要研究内容纳米结构的形成机制研究纳米结构的形状、分布和密度的生长动力学调控纳米结构的界面结构研究和调控纳米结构的微结构研究和缺陷行为21