华南师范大学光电子材料与技术研究所
OLED器件电学物理理论综述
第37卷第8期2022年8月Vol.37No.8Aug.2022液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and DisplaysOLED器件电学物理理论综述于立帅，苏煜皓，杨菲玲，杨奕琯，刘飞龙*，周国富（华南师范大学华南先进光电子研究院，彩色动态电子纸显示技术研究所，广东省光信息材料与技术重点实验室，广东广州510006）摘要：以有机发光二极管（Organic light-emitting diode，OLED）等为代表的新型显示技术已成为新一代信息技术的先导性支柱产业。
尽管OLED在材料与器件叠层设计工艺等核心技术上已取得巨大突破，但目前业界研发仍然主要依靠试错法（trial-and-error），对于器件内部物理机理的理解仍然处于定性、经验性的阶段。
本文系统性地阐述了OLED器件物理理论，特别是对如何从物理上描述组成OLED器件的非晶无序分子体系、如何描述电荷传输和激子过程、如何计算器件光电性能、以及如何将物理理论应用于实验OLED研发，进行了详细的介绍。
关键词：OLED；高斯无序模型；三维动力学蒙特卡罗模拟；三维主方程；漂移-扩散模型中图分类号：TN383+.1；TN873+.3文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2022-0105Review on theories of electrical physics in OLEDs YU Li-shuai，SU Yu-hao，YANG Fei-ling，YANG Yi-guan，LIU Fei-long*，ZHOU Guo-fu （Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Information Materials and Technology，Institute of Electronic Paper Displays，South China Academy of Advanced Optoelectronics，South China Normal University，Guangzhou510006，China）Abstract：New display technologies such as organic light-emitting diodes（OLEDs）have become a key industry of information technology.Although great breakthrough has occured in OLED technologies such as materials and stack design processes，currently the research and development still mainly rely on trial-and-error approaches，and the understanding of the physical mechanism of the device remains mostly quali⁃tative and empirical.In this article，the physical theories of OLEDs are systematically introduced and reviewed，especially focusing on how to physically describe the amorphous disordered nature of molecular systems，how to describe charge transport and excitonic processes，how to calculate the optoelectronic properties of devices，and how to apply these theories to experimental OLED research and development.文章编号：1007-2780（2022）08-0980-17收稿日期：2022-03-31；修订日期：2022-04-15.基金项目：广州市科技计划（No.2019050001）；广东省“珠江人才计划”引进领军人才计划（No.00201504）；教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目滚动支持（No.IRT_17R40）；广东省光信息材料与技术重点实验室（No.2017B030301007）Supported by Science and Technology Program of Guangzhou（No.2019050001）；Leading Talents ofGuangdong Province Program（No.00201504）；Program for Changjiang Scholars and Innovative ResearchTeams in Universities（No.IRT_17R40）；Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical InformationMaterials and Technology（No.2017B030301007）*通信联系人，E-mail：feilongliu@第8期于立帅，等：OLED 器件电学物理理论综述Key words ：OLED ；Gaussian disorder model ；three -dimensional kinetic monte carlo simulations ；three -dimensional master equations ；drift -diffusion model1引言有机发光二极管（OLED ）基本原理为通过电光转换实现发光。
华南师范光电子材料所2019硕士研究生复试及拟录取情况汇总表
非定向就业
5
100049360109548
邹树华
全国统考
校外调剂
无专项计划
361
78.0
75.1
是
(080501)材料物理与化学
全日制
非定向就业
6
105339611409484
赵齐笑
全国统考
校外调剂
无专项计划
345
78.5
73.75
是
(080501)材料物理与化学来自全日制非定向就业
7
144309045000153
无专项计划
334
65.0
65.9
是
(080903)微电子学与固体电子学
全日制
非定向就业
28
102849212309426
白眙境
全国统考
校外调剂
无专项计划
308
82.5
72.05
否
(080903)微电子学与固体电子学
全日制
29
144309159000040
梁全振
全国统考
校外调剂
无专项计划
294
81.5
71.4
是
(085202)光学工程
全日制
非定向就业
43
105599210008774
马建铖
全国统考
校外调剂
无专项计划
296
82.5
70.85
是
(085202)光学工程
全日制
非定向就业
44
102849212208603
王丹
全国统考
校外调剂
无专项计划
305
80.0
70.5
是
(085202)光学工程
低In组分量子阱垒层AlGaN对GaN基双蓝光波长发光二极管性能的影响
电致发 光 （ Ｅ Ｌ ） 光谱 影 响不 大 ， 但 在混 合 多量 子 阱 的 双 波长 Ｌ Ｅ Ｄ 中 电子 空穴 分布不 均 匀对 Ｅ Ｌ光谱 产生 严 重影 响 ．本 文采 用 数值 模 拟 方法 ， 通过在 Ｉ ｎ Ｇ ａ Ｎ ／
Ｇ ａ Ｎ混 合 多 量子 阱 中 的低 Ｉ ｎ组 分 Ａ １ Ｇ ａ Ｎ 垒层来 优
绝大 部分 白光 Ｌ Ｅ Ｄ 是通 过 蓝 光 芯 片 发 射 的 部 分 蓝
光激 发 Ｙ Ａ Ｇ： Ｃ ｅ 黄 色荧 光粉 产生 黄 光与部 分 未被 吸
收 的蓝光耦 合 成 白光 ¨ Ｊ ， 在 高 色温 情 况 下 能 满 足 较 高 的光效 和显 色性 ， 但是 在低 色 温情 况下 ， 显 色指数
蓝 光 波长 芯片 激发 Ｙ Ａ Ｇ： Ｃ ｅ黄色 荧光 粉实 现 了 白光
１ 模 拟 参 数 与 器 件 结 构
１ ． １ 模 拟参 数
Ｌ Ｅ Ｄ， 显色 性达 到 了 ８ ８ ， 但其 发光 光谱 随着 驱 动 电流
的改变 而变 化 ．
在Ｇ ａ Ｎ基 材 料 中 ， 由于 电 子 的 有 效 质 量 （ ０ ． ２
般不高 于 ７ ０ ．Ｍ Ｉ Ｒ Ｈ Ｏ Ｓ Ｓ Ｅ Ｉ Ｎ Ｉ 等 通 过 模 拟 结 果
显 示 基于 双蓝 光 波长 芯 片 激 发 Ｙ Ａ Ｇ： Ｃ ｅ荧 光 粉 ， 能
在 保 持 流 明 效 率 的 同 时 得 到 高 显 色 指 数 的 白 光 Ｌ Ｅ Ｄ． 本研 究组 采用 混 合 多 量 子 阱 结构 的 Ｇ ａ Ｎ基 双
掺杂与Al组分对AlGaInP四元系LED发光效率的影响
第25卷 第4期2004年8月发 光 学 报C HI NESE JOURNAL OF LUMINESC ENCEVol.25,No.4Aug.,2004文章编号:1000 7032(2004)04 0379 04掺杂与Al 组分对AlGaInP 四元系LED 发光效率的影响陈贵楚,范广涵,陈练辉,刘 鲁(华南师范大学光电子材料与技术研究所,广东广州 510631)摘 要:在AlGaInP 四元系双异质结发光二极管(D H LED)的材料生长过程中,限制层的Al 组分与p 型掺杂浓度的确定有较大的随意性,这对LED 的发光不利。
通过分析载流子在发光二极管(LED)双异质结中的输运情况,得到了在不同的p 型掺杂程度下,限制层Al 组分与LED 发光效率的关系,从而可以探索p 型掺杂与Al 组分对发光效率影响的规律,得到的结论对于LED 的器件结构设计以及MOC VD 材料生长有一定的指导意义。
关 键 词:Al GaInP;Al 组分;p 型掺杂;发光效率中图分类号:TN209 文献标识码:A收稿日期:2003 05 19;修订日期:2003 09 28 基金项目:国家科技攻关计划资助项目(00 068)作者简介:陈贵楚(1974-),男,湖南岳阳人,硕士研究生,主要从事光电子材料与器件的研究。
E mai l:gchenbox@,Tel:(020)387477921 引 言目前发光二极管的发展方向主要是高亮度及全彩色,Ga AlAs 、GaAlInP 与GaInN 是较成熟的半导体发光材料,其中Ga AlAs 是红光二极管的优选材料,Ga AlInP 材料根据Al 组分的变化能得到红光(680nm )到绿光(560nm )的光波。
最早的GaAlInP 高亮度发光二极管在20世纪90年代初由美国HP [1]和日本的Toshiba [2]首先研制成功。
GaInN 是制备蓝绿高亮度LED 的理想材料,在1993年由日本Nichia [3]首先制作成功。
表面等离激元的操控：原理与研究进展
华南师范大 学学报 （自然科学版 ）
２ ０ １ ３年 ３月
Ｍａ ｌ － ．２ ０１ ３
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｓ ＯＵＴ Ｈ Ｃ ＨＩ ＮＡ Ｎ０ＲＭＡＬ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ
第４ ５卷 第 ２期
Ｖｏ １ ． ４ ５ Ｎｏ ． ２
（ Ｎ Ａ Ｔ Ｕ ＲＡ Ｌ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｅ Ｄ １ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ）
突破光子“ 衍射极限” 的限制 ， 其尺寸无法进一步缩 小 Ｊ ．因此 ， 光 子器 件到底 能 做多小 、 如何 与 电子 器
件 在 系统上 进行 整 合 ， 是 纳 米 光 子பைடு நூலகம்学 的前 沿 研 究 在 物 理原 理与 制造 技术 上正 在探 讨 的核心 内容．这 些
方法 的结构 ， 在特定 的入射角度下激发 ｓ Ｐ ， 在反射 谱上形成 １个尖 锐 的凹槽 ， 即表 面等 离激 元共 振 （ Ｓ ｕ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ Ｐ ｌ ａ ｓ ｍ ｏ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ，Ｓ Ｐ Ｒ）现 象 ． 同 年 ， Ｋ Ｒ Ｅ Ｔ Ｓ Ｃ Ｈ ＭＡＮ Ｎ与 Ｒ Ａ Ｅ Ｔ ＨＥ Ｒ 。 设 计 了 另 一 种 同
2019年华南师范大学华南先进光电子研究院硕士研究生复试及拟录取情况汇总表
56 106149080509282 义鑫 全国统考 校外调剂 无专项计划 287 81.5 69.45
57 100069210504881 王茹 全国统考 校外调剂 无专项计划 351 66.5 68.35
58 105749000011019 刘杰 全国统考 第一志愿 无专项计划 376 83.9 79.55
44 105619200009521 陈华养 全国统考 校外调剂 无专项计划 350 73.3 71.65
45 103589210001001 王凌飞 全国统考 校外调剂 无专项计划 290 75.15 66.58
46 105749000011814 罗永健 全国统考 第一志愿 无专项计划 318 76.0 69.8
6 105749105740277 朱志旻 推荐免试
非专项计划
92.0
7 105749105740276 梁宇森 推荐免试
非专项计划
90.0
8 105589743106049 陶萍 全国统考 校外调剂 无专项计划 399 80.0 79.9
9 101839219305069 王崴 全国统考 校外调剂 无专项计划 379 75.5 75.65
35 105589310109164 刘锐东 全国统考 校外调剂 无专项计划 328 87.0 76.3
36无专项计划 340 83.5 75.75
37 107049161180160 刘文波 全国统考 校外调剂 无专项计划 346 82.0 75.6
47 105749000011815 冯豪 全国统考 第一志愿 无专项计划 300 67.4 63.7
48 144239207020491 卫智健 全国统考 校外调剂 无专项计划 336 88.0 77.6
太赫兹量子级联激光器中有源区上激发态电子向高能级泄漏的研究
太赫兹量子级联激光器中有源区上激发态电子向高能级泄漏的研究李金锋;万婷;王腾飞;周文辉;莘杰;陈长水【摘要】利用热力学统计理论和激光器输出特性理论,建立了太赫兹量子级联激光器(THz QCL)有源区中上激发态电子往更高能级电子态泄漏的计算模型,以输出功率度量电子泄漏程度研究分析了晶格温度和量子阱势垒高度对电子泄漏的影响.数值仿真结果表明,晶格温度上升会加剧电子泄漏,并且电子从上激发态泄漏到束缚态的数量大于泄漏到阱外连续态,同时温度的上升也会降低激光输出功率.增加量子阱势垒高度能抑制电子泄漏,并且有源区量子阱结构中存在一个最优量子阱势垒高度.THz QCL经过最优量子阱势垒高度优化后,工作温度得到提升,其输出功率相比于以往的结果也有所提高.研究结果对优化THz QCL有源区结构、抑制电子泄漏和改善激光器输出特性有指导作用.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2019(068)002【总页数】6页(P35-40)【关键词】太赫兹;量子级联激光器;电子泄漏;有源区【作者】李金锋;万婷;王腾飞;周文辉;莘杰;陈长水【作者单位】华南师范大学信息光电子科技学院,广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室,广州 510006;华南师范大学信息光电子科技学院,广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室,广州 510006;华南师范大学信息光电子科技学院,广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室,广州 510006;华南师范大学信息光电子科技学院,广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室,广州 510006;华南师范大学信息光电子科技学院,广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室,广州 510006;华南师范大学信息光电子科技学院,广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室,广州市特种光纤光子器件与应用重点实验室,广州 510006;江门珠西激光智能科技有限公司,江门 529000【正文语种】中文1 引言太赫兹(terahertz, THz)波是指频率为0.1—10 THz的电磁波, 具有安全性、宽带性、指纹谱特性和穿透性等特点, 被广泛应用于医学、通信和雷达等领域[1-6]. 太赫兹量子级联激光器(terahertz quantum cascade laser, THz QCL)是一种有效获得THz波的半导体激光器[7-10], 其利用半导体异质结在外加电压的情况下, 具有量子态级联的效果, 进而声子辅助电子共振使得电子从上一级到达下一级, 外部注入的单个电子可以发射出多个光子. 然而, 存在一部分电子在运输过程中会偏离输运路径, 直接降低激光器系统的粒子数反转, 使得激光器输出功率受限, 这部分电子被称为泄漏电子. 为了更好地提高激光器输出效率, 有必要对电子泄漏进行研究.电子泄漏主要分为三个方式: 一是电子从上激发态通过长纵声子散射到低能态; 二是电子从下激发态散射到高能束缚态和连续态; 三是电子从上激发态散射到高能束缚态和连续态. 在THz QCL中, 处于上激发态的电子向下激发态跃迁发光占据主导, 因此电子从上激发态通过长纵声子散射到低能态相对较小; 电子下激发态与高能束缚态和连续态的耦合强度低, 因此电子从下激发态散射到高能束缚态和连续态跃迁概率低; 而第三种泄漏方式中上激发态的电子是由上一周期的基态注入, 该状态下电子具有较高的不稳定性, 当温度升高时, 电子向更高能级泄漏概率大, 因此在高温的环境下, 电子从上激发态散射到高能束缚态和连续态是电子泄漏的主要途径. 目前, 大多数研究者都是通过间接测量来解释电子泄漏[11-16], 通过建立理论模型来分析的研究较少.本文利用热力学理论结合激光器输出特性, 建立电子从上激发态散射到高能束缚态和连续态的电子泄漏计算模型, 重点研究该模型中晶格温度和量子阱势垒高度对电子泄漏的影响, 进而找到抑制电子泄漏的有效措施来提高激光器输出功率.2 理论模型本节利用如图1所示的THz QCL能级结构[17]研究电子从上激发态泄漏到高能束缚态和阱外连续态的泄漏方式. 图中1, 2, 3, 4分别表示基态、3态的孪生态、下激发态、上激发态, 5和6表示近邻束缚态和次近邻束缚态, 7表示阱外连续态,1′表示上一周期的基态, 4′′表示下一周期的上激发态. 该能级结构由材料系统建造的量子阱形成, 发射的激光频率3.9 THz, h为普朗克常量, Eph=15.6 meV为光子能量; 有源区材料的声子能量 ELO=36.8 meV;能级参数39 meV分别表示7态与4态、6态与4态、5态与4态之间的能量差; J45 , J46 , J47 分别表示电子从4能态泄漏到5, 6, 7能态的泄漏电流密度. 该激光器系统是通过优化振子强度, 并采用斜跃迁形式发光, 能形成更大的粒子数反转, 具有一定的典型性. 在THz波的产生过程中, 电子从上一周期的1′态弛豫到达4态, 然后从4态跃迁到3态发射出THz光子, 接着3态和2态上的电子通过声子辅助共振到达1态, 随后进入下一级的4′′态. 在此过程中, 4态上的电子泄漏到5态、6态和7态造成电子泄漏, 导致电子利用率降低, 不利于激光器的粒子数反转, 进而影响激光器输出功率. 我们用激光器的输出功率值衡量电子泄漏程度, 半导体激光器输出功率 Pout 可以描述为[18]图1 THz QCL级联的能级结构Fig.1. Energy level structure of a single THz QCL cascade.式中hυ为发射光子的能量; q为电子电荷; αm 和αw 分别为镜面损失和波导损失; A为接触面积;η为内量子效应; J和 Jth 分别为注入电流密度和阈值电流密度. THz QCL发射的光子能量通常在2—40 meV之间[19], 这远比中红外QCL要小, 这种结构上的差异使得THz QCL中4态波函数与5态、6态和7态的波函数耦合更强, 4态上的电子不稳定性更大, 造成4态上的电子向更高能级泄漏成为主要的泄漏部分. 在激光的阈值条件下, 我们主要分析电子从4态泄漏到5态、6态和7态的泄漏模型,(1)式改为式中 Jesc 为总泄漏电流密度, 由4态电子泄漏到5态、6态和7态的泄漏电流密度 J45 , J46 , J47 相加得到, 即在没有电子泄漏且电子势能被完全转化为光能的情况下, 激光器的最大输出功率为为了更加清晰地看出电子泄漏对激光器输出功率的影响, 将(2)式进行归一化:由(3)式可知, 归一化的输出功率与泄漏电流密度 J45 , J46 , J47 有关, 接下来将对这三个参数进行分析. 先对4态上的电子泄漏到5态和6态对应的泄漏电流密度J45 , J46 进行分析. 设 j为高能束缚态( j=4,5 ), 当温度升高时, 4态上的电子能吸收足够的能量跃迁到子带 j, 在有限的能量空间中, 这种散射机制形成的电流密度可以表示为式中 1为电子从4态散射到子带 j的散射时间; D2D 为电子的二维面密度;为4态上电子的费米狄拉克分布统计; Te,4 为4态上的电子温度; TL 为晶格温度. 假设晶格温度等于测量温度TL 和 Te,4 的关系有电子-晶格耦合常数[20,21]. 对(4)式积分可得式中 n4 为4态上的电子浓度;分别为4态上电子泄漏到5态和6态的时间; kB 为玻尔兹曼常数.接下来对4态上的电子泄漏到7态对应的泄漏通电流密度 J47 进行分析. 由电子在能态上占据的时间与泄漏到该能态的电流密度之间的相互关系得式中τ47 为电子从4态散射到7态的时间. 电子的电荷 q乘以4态上的电子浓度n4 等于4态上的电荷浓度, 1 /τ47 表示电子从4态跃迁到7态的概率,因此(7)式的物理意义为4态上的电子泄漏到7态对应的泄漏电流密度. 它是一个与温度有关的函数, 该函数关系可由热激发模型得到[22]其中表示电子从4态散射到7态的电子数, 其中ℏ=为电子的有效质量, Tc 为电子泄漏到连续态总的限制因子[23]. 结合(7)式和(8)式可得将(5)式, (6)式和(9)式代入(3)式可以得到电子泄漏模型下的归一化输出功率表达式由(10)式可知, 激光器的输出功率与晶格温度和量子阱势垒高度密切相关, 在接下来的工作中将详细讨论这两个参数对激光器输出功率的影响.在激光系统中, 7态位于量子阱口, 为激光器系统最高的势能态, 我们用7态与4态之间的能量差E47作为量子阱势垒参数, 并在第3节中对参数E47最优值进行讨论与分析.3 结果与讨论本节将依据第2节建立的理论模型研究晶格温度和量子阱势垒高度对THz QCL电子泄漏的影响. 选取的仿真分析参数如下: 激光器发射频率为3.9 THz, 最高运行温度为186 K, 限制因子Tc=0.86[23], 电子-晶格耦合常数散射时间注入电流密度J=1000 A/cm2[17,24], 电子浓度等于掺杂浓度经过第2节的研究可发现, 晶格温度是影响电子泄漏的一个重要参数, 为解释电子泄漏的内在机制, 首先分析泄漏电流密度和晶格温度 TL 的关系,其关系曲线如图2所示. 由图2可知, 在186 K的晶格温度下, 电子从4态泄漏到5态、6态和7态的总泄漏电流密度为810 A/cm2, 模拟数值与文献报道的实验值吻合[17,24]. 从图2还可以看出, 当晶格温度从80 K增加到200 K时, 电子泄漏随着温度的增加而不断增大, 且在晶格温度增加的过程中电子主要是从4态泄漏到5态, 还可以看出电子从4态泄漏到5态和7态对温度的变化比较敏感,而泄漏到6态的数目相对较少. 出现该现象的原因是4态和5态之间的能级差等于39 meV, 该能级差与THz QCL 有源区选用的GaAs材料的辅助共振声子能量接近, 在这种环境下, 4态上的电子容易吸收一个声子的能量而跃迁到5态[25]. 由能级结构可知, 6态处于较高能级, 在量子阱中能级越高, 量子阱对电子所施加的势能就越低, 因此电子被该能态束缚的概率就越低, 当电子向量子阱上部泄漏时, 泄漏到量子阱较高束缚态的概率相对较低, 出现了电子泄漏到6态的数量少的现象.图2 泄漏电流密度与晶格温度的关系Fig.2. Relationship between leakage current density and temperature.然后研究在不同的泄漏通道下, 晶格温度TL的变化对输出功率 Pout/Pmax 的影响, 结果如图3所示, 红色、绿色和蓝色曲线分别表示4态电子泄漏到5, 6态(束缚态), 7态(连续态)以及5, 6, 7(束缚态以及连续态)态对输出功率的影响. 在考虑不同的泄漏情况下, 只把 J45 , J46 表达式代入(3)式,不考虑 J47 值影响, 便可得到4态电子泄漏到5,6态对功率的影响; 同理, 只将 J47 表达式代入(3)式, 不考虑 J45 与 J46 值的影响, 可得到 4 态电子泄漏到7态对功率的影响; 将 J45 , J46 与 J47 同时代入(3)式, 可得到4态电子泄漏到5, 6, 7态对功率的影响. 从图3可以看出, 随着晶格温度的升高, 归一化输出功率将不断降低, 而且电子从4态泄漏到5, 6态对输出功率的影响要比泄漏到7态显著, 由此也可反映出晶格温度的升高将加剧电子泄漏. 另外, 处于5, 6态和7态的电子不是稳定状态的电子, 随着温晶格度的增加, 电子热运动加剧,5, 6, 7态的电子有一部分继续向更高能级跃迁或是逃离有源区, 在这些过程中, 电子因运动与晶格产生碰撞, 致使晶格温度升高, 进一步恶化系统的温度特性和输出功率特性.图3 归一化输出功率与晶格温度的关系Fig.3. Relationship between normalized output power and lattice temperature.最后研究量子阱势垒高度参数 E47 对电子泄漏的影响. 图4模拟了不同晶格温度条件下输出功率随势垒参数 E47 的变化关系. 由仿真结果可知,在186 K温度附近,E47 最优值为130 meV, 该值与报道的原始结构值吻合[17,24], 进一步证明了本文计算模型的正确性. 从图4还得出, 在势垒高度较小的情况下, 归一化输出功率也相对较小; 当势垒在某一区间内增加时, 归一化输出功率呈现线性递增; 当势垒高度增加到某一临界值时, 归一化输出功率趋于稳定. 这是因为势垒高度过低时, 电子受到的束缚力低, 电子泄漏的数目多, 造成输出功率相对较低. 当势垒在某一区间内增加, 归一化输出功率呈现线性递增, 这说明电子泄漏得到了抑制,电子的利用率得到提高, 因此输出功率上升. 通过解量子阱有源区中的薛定谔方程, 可以得到能级的解, 薛定谔方程为式中 E为能态的解; ψ为对应能态的波函数;m∗(z)为有效质量, z为量子阱生长方向; V(z) 为量子阱势能参数; F(z) 为施加的电压参数. 当施加电压不变时, 量子阱势垒高度增加后, 通过数值求解薛定谔方程发现量子阱中的束缚态数目增多, 而从图3讨论的结果可知, 电子从4态泄漏到5, 6态(阱内束缚态)对激光器造成的负面影响比电子从4态泄漏到7态要大. 因此, 需要计算出一个最优的量子阱势垒高度, 该值应满足量子阱中的束缚态数目少、此时的势垒高度能有效地对电子泄漏进行抑制. 由图4可知, 当势垒高度增加到一定值时,归一化输出功率趋于稳定值, 定义当有激光输出时, 归一化输出功率首次到达这个稳定值时对应的势垒参数即为所求. 对文献[17]报道的THz QCL进行势垒高度的优化, 如图4所示, 将晶格温度设置在210 K 下, 模拟得出了对应的最优阱高参数E47= 185 meV, 同时用(2)式模拟得出该条件下的输出功率值为8 mW, 优化后取得的效果与最高186 K操作温度下实验报道的输出功率5 mW相比有所改善.图4 归一化输出功率与势垒高度参数的关系Fig.4. Relationship between normalized output power and barrier height parameters.4 结论利用热力学统计理论和激光输出特性理论, 建立了THz QCL有源区中上激发态电子往更高能级电子态泄漏的计算模型, 以输出功率来衡量电子泄漏程度, 研究了晶格温度和量子阱势垒高度对电子泄漏的影响. 研究发现, 晶格温度上升, 电子从上激发态泄漏到近邻束缚态和连续态的数量增加相对较多, 泄漏到次近邻束缚态的数量相对较小.同时, 电子泄漏导致电子向外部散发热量, 进一步加剧温度升高, 形成温度-电子泄漏的恶性循环, 相应地, THz QCL的输出功率会因温度的升高而降低, 影响THz QCL的正常运行. 适当增加量子阱势垒高度能够有效地抑制电子泄漏, 进而改善输出功率. 本文对THz QCL系统进行有源区势垒优化, 当量子阱势垒高度提高到185 meV时, 升高温度至210 K能得到THz QCL激光输出功率为8 mW, 改善了以往在最高186 K操作温度下得到的输出功率. 这些研究结果对研究THz QCL的电子泄漏温度特性和THz QCL有源区结构优化设计提供理论依据.参考文献【相关文献】[1] Sun Y W, Zhong J L, Zuo J, Zhang C L, Dan G 2015 Acta Phys. Sin.64 169701 （in Chinese） [孙怡雯, 钟俊兰, 左剑, 张存林, 但果 2015 物理学报 64 169701][2] Yardimci N T, Lu H, Jarrahi M 2016 Appl. Phys. Lett.109 191103[3] Wang S, Wang F Z 2018 Acta Phys. Sin.67 160502 （in Chinese） [王珊, 王辅忠 2018 物理学报 67 160502][4] Bing P B, Yao J Q, Xu D G, Xu X Y, Li Z Y 2010 Chin.Phys. Lett.27 124209[5] Zhang Z Z, Li H, Cao J C 2018 Acta Phys. Sin.67 090702 （in Chinese） [张真真黎华曹俊诚 2018 物理学报 67 090702][6] Zhang Z Z, Fu Z L, Guo X G, Cao J C 2018 Chin. Phys. B27 030701[7] Köhler R, Tredicucci A, Beltram F, Beere H E, Linfield E H,Davies A G, Ritchie D A, Iotti R C, Rossi F 2002 Nature417 156[8] Ravaro M, Gellie P, Santarelli G, Manquest C, Filloux P,Sirtori C, Jean-Francois, Ferrari G, Khanna S P, Linfield E H 2013 IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.19 8501011[9] Fathololoumi S, Dupont E, Chan C, Wasilewski Z,Laframboise S, Ban D, Matyas A, Jirauschek C, Hu Q, Liu H C 2012 Opt. Express20 3866[10] Li L, Liu F Q, Shao Y, Liu J Q, Wang Z G 2007 Chin. Phys.Lett.24 1577[11] Albo A, Hu Q 2015 Appl. Phys. Lett.107 241101[12] Albo A, Hu Q, Reno J L 2016 Appl. Phys. Lett.109 081102[13] Krüger O, Kreutzmann S, Prasai D, Wienold M, Sharma R,Pittro W, Weixelbaum L, John W, Biermann K, Schrottke L 2013 IEEE Photon. Technol. Lett.25 1570[14] Lin T T, Wang L, Wang K, Grange T, Hirayama H 2018 Appl. Phys. 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2018年华南师范大学研究生创新计划拟立项项目
硕士
57 学习导向、资源整合能力与联盟创新绩效关系的实证研 硕士 究
58 媒体的公司治理作用：来自中国上市公司财务舞弊视角 硕士 的证据
59 对中国贫困的多维测度——基于对分配敏感的多维贫困 硕士 测度指数
60 “新工科”背景下工匠精神融入大学生创新技能培养的 硕士 路径研究
61 政府购买服务背景下城市基层社区公共服务外包“内卷 硕士 化”现象研究——基于广州市B 街道的考查
历史文化学院
学科教学 许佳媚 （历史）
体育科学学院
教育信息技术学 院
体育人文社 李新梅 会学 教育技术学 马岩岩
2017021346 2017021401 2018021637
化学与环境学院 无机化学 吴能滔 化学与环境学院 无机化学 刘星宇 化学与环境学院 物理化学 林佳 化学与环境学院 材料物理与 王辉荣
化学
2017010172 2018010198 2017022224 2017022915 2017022418
2017021634 2017021671 2017021608 2017021613 2017021606 2017021878 2017021850 2017021851 2017021848 2018022178 2017021941
光学工程 吴萌
光学
邓富
光 陈雨轩
材料物理与 谭政伟 化学
高分子化学 何宛兒 与物理
2017021886 2017021453 2017020805 2017022584 2017022064 2018022308 2017022073 2017022056 2017021777
2017 2018 2017 2017 2017
李述体 章勇 李伟华 应光国 关燕清
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华南师范大学光电子材料与技术研究所
华南师范大学光电子材料与技术研究所（简称“材料所”）是专门从事光电子材料的MOCVD生长、性能分析、器件制备及应用的研究机构，是以刘颂豪院士、范广涵教授为学科带头人，在原来MOCVD实验室的基础上于2002年8月成立的。
1研究所简介
现任所长为梅霆教授。
在学校各级领导的帮助和材料所师生共同努力下，通过多年的实验室建设，目前材料所已发展成为华南师范大学国家重点光学学科和光电子材料与器件方向的校直管重点科研机构。
材料所现有省教育厅“电致光电重点实验室”一个和“广州市LED 工业研究开发基地”一个。
是中国半导体照明技术标准工作组成员，广东省LED产业联盟会员。
材料所有光学、光学工程、微电子与固体电子学、材料物理与化学4个硕士点，光学、微电子与固体电子学2个博士点、1个光学博士后流动站。
2研发团队
光电子材料与技术研究所有一支结构合理，经验丰富的研发团队，形成院士、教授（研究员、高工）和博士后、博士、硕士组成的攻关队伍。
目前，材料所拥有院士2人，教授5人，副高2人，中级人员4人。
其中博导2人，硕导5人。
材料所先后承担了国家重点攻关项目4项、部、省级项目14项，市级项目2项，授权或受理专利超过41项，发表核心论文120余篇。
在LED器件的制备、器件结构设计和工艺方面积累了丰富的实践经验。
在材料所师生共同奋斗下，努力把材料所建设成为国内有影响力的重点光电研究单位，特别是高亮度大功率LED器件的研发。
着力培养出更多合格的创新型高层次光电人才，为中国半导体照明产业服务。
3现任所长简介
何苗，长期从事微光学器件设计制作和特殊光电材料的制备工作。
1987年在吉林大学物理系获理学学士学位，1990年在中国科学院北京物理研究所获理学硕士学位，2001年在华中科技大学获工学博士学位。
2002年1月到2006年7月，在新加坡南洋理工大学做博士后，从事采用solgel材料制作微光学器件的研究。
2006年9月至今，在华南师范大学研究员，从事光电子技术和微光学技术的研究工作。
迄今为止作为项目负责人主持过科研项目14项，其中国家级项目4项。
获得国家国防科技三等奖和湖北省自然科学二等奖各1次。
在国内外杂志上发表50多篇论文，其中34篇被SCI收录。
4科研实力
材料所的实验室建设资金超过3000万元，建有多个国内领先的光电材料研发实验室，包括材料生长实验室、结构分析实验室、光谱分析实验室、材料电性分析实验室、器件可靠性分析实验室、芯片工艺实验室和LED应用研发实验室等。
材料所先后承担国家、部、省和市级重大科技攻关项目16项，授权或受理专利超过41项，发表核心论文120余篇。
特别在发光器件的制备方向积累了多年实战经验，造诣深厚，超标完成“超高亮度LED和面发光半导体激光器”和“蓝绿白超高亮度发光二极管产业化试验”的研制工作，生产出超高亮度红、黄、橙LED，引起各级领导专家的关注和媒体的报道。
材料所在蓝光LED外延和芯片制备方面也获得多项原创性成果，发表核心刊物的蓝光LED论文有40余篇，关于蓝光LED器件的关键专利技术5项。
5实验设备
光电子材料与技术研究所的电致光电实验室是省教育厅重点实验室，现在材料所的实验室面积超过5200平方米，分旧实验大楼和新实验大楼。
其中新实验大楼面积超过4000平方米.实验室配置的设备包括从材料生长——器件检测——芯片制备——应用开发的完整链条。
实验仪器设备价值超过人民币3000万元。
6研究方向
2007年底，材料所研制出的蓝光LED外延片，经权威机构检测，结果达到国际同行先进水平。
目前，材料所主要研究工作有：1）半导体光电子材料与器件的研究，特别是超高亮度LED核心技术的研究工作，推动固体照明技术的产业化；2）薄膜微结构材料生长机理与技术研究，包括光子晶体、低维材料和薄膜生长的特性研究；3）光电子器件芯片工艺的研发，特别是大功率LED芯片制备方法研究。
4）光电子器件应用工程学研究，包括LED 显示屏、LED照明和LED医学和生物应用研究。
亮度LED外延片研制和产业化
（1）图形衬底生长LED外延片研究；
（2）表面光子晶体提升LED发光效率研究
（3）等离子体提升LED发光效率研究。
Si衬底半极性、非极性GaN薄膜生长与器件研制
（1）Si衬底半极性、非极性GaN薄膜生长；
（2）Si衬底InGaN太阳能电池研制
新型LED芯片研制和产业化
（1）大功率LED芯片研制；
（2）220V交流驱动LED芯片研制；
（3）LED应用产品的研发
纳米光子集成器件研制
有机发光材料的制备及器件研制
ZnO等纳米材料的制备及性能研究
7广东省LED基地
在广州市科技局的支持下，在华南师范大学成立广州LED工业研究开发基地。
华南师范大学广州市LED工业研究开发基地，主要从事照明级LED外延片、芯片、发光管和照明器具的研发和生产，公司设有研发中心和生产中心。
LED基地将以半导体照明用LED的研究与产业化为主攻方向，研发能力涵盖从红外到紫外全波段的光电子材料与器件，技术手段包括MOCVD外延、芯片加工、器件设计制备及LED应用器材。
研发中心依托光电子材料与技术研究所。
研发大楼面积4000平方米，实验室建设资金超过3000万元。
拥有先进的GaAlInP基MOCVD系统和GaN基MOCVD系统各一台，有完整材料及器件特性检测设备和一条研发兼生产的芯片加工线等设备。
2007年10月，研发中心完成GaN基MOCVD系统安装、调试工作。
2007年11月初，研发中心科研人员通过研制，制备出国际先进水平的蓝光LED外延片，把该外延片的芯片封装成蓝光LED和白光LED，经中国赛宝国家实验室检测中心抽样测量，测试结果表明：在标准芯片尺寸和20mA电流输入下，蓝光LED平均正向电压为3.2V，光功率达到22mW，而白光LED的光功率达到15mW，流明效率超过69lm/W。
8发展历程
1997年12月，MOCVD实验室正式建成。
1999年10月13日，为顺利完成国家和广州市的红、橙、黄光LED的合同科研攻关任务，MOCVD实验室和广州经济开放区永和公司成立了广州亮达光电器件公司。
2000年11月，广州亮达光电器件公司超额完成国家LED科技攻关项目和广州市LED半工业化项目的研究工作。
研究成果通过8院士专家的签定，受到包括人民日报、羊城晚报、广州日报和日本、韩国媒体的广泛关注。
2000年11月底，MOCVD实验室的电致光电器件实验室获批准为省教育厅重点实验室。
2002年8月底，学校批准把MOCVD实验室更名为光电子材料与技术研究所。
2004年8月，为推进半导体照明LED的产业化，华南师范大学光电子材料与技术研究所与香港健隆科技集团合作成立筹备“广州市LED工业研究开发基地”的领导小组。
2004年11月，广州市科技局大力支持“广州市LED工业研究开发基地”科研项目攻关工作。
给予该项目2000万元的科研基金资助。
2006年，光电子材料与技术研究所成为校直管科研机构。
2007年1月20日，“广州市LED工业研究开发基地”项目合作签约正式仪式在华南师范大学校行政大楼七楼第二会议室举行。
2007年5月28日，广州市科技局支持的重大产学研项目基地——“广州市LED工业研究开发基地”正式在我校落成。
2007年11月26日至28日，由中国有色金属学会主办、华南师范大学光电子材料与技术研究所与广州市LED工业研究开发基地共同承办的第十届全国MOCVD会议在广州华泰宾馆隆重召开。
2007年11月26日下午中科院王启明院士莅临我校广州市LED工业研究开发基地参观指导。
2007年12月7日上午，半导体材料物理专家秦国刚院士受聘我校双聘院士仪式在我校石牌校区校部七楼第二会议室举行。
秦院士任光电子材料与技术研究所学术委员会主任。
2008年2月20日，广东省科技厅于2月20日公布了《关于签定2007年粤港关键领域重点突破中标项目合同的通知》（粤科函高字〔2008〕125号），我所范广涵教授主持申报的“发光二极管（LED）外延片材料和生长方法”项目获准立项，立项经费为200万元。
这是我校首次以第一申报单位获批粤港关键领域重点突破招标项目。
2008年3月26日，《南方日报》专稿介绍我校LED重大研发成果。
2009年11月与广州花都区的鸿利光电进行LED产业方面的合作研究。