光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究

研究了在垂直结构发光二极管(VLED)器件中, 光致电化学法(PEC)刻蚀N极性n-GaN的速率受不同刻蚀条件(刻蚀浓度、刻蚀时间和光照强度)的影响. 并选择N极性n-GaN表面含有较理想六角金字塔结构(侧壁角为31°)的样品制成器件, 研究PEC刻蚀对VLED的欧姆接触和光电性能的影响. 结果表明, 与未粗化样品相比, PEC刻蚀后的样品接触电阻率明显降低, 形成更好的欧姆接触; 其电学特性有较好的改善, 光输出功率有明显提高, 在20 mA电流下光输出功率增强了86.1%. 对不同金字塔侧壁角度的光提取效率用时域有限差分法(FDTD)模拟, 结果显示光提取效率在侧壁角度为20°– 40°有显著提高, 在23.6° (GaN-空气界面的全反射角)时达到最大.     

硅衬底GaN基LED N极性n型欧姆接触研究

在Si衬底GaN基垂直结构LED的N极性n型面上,利用电子束蒸发的方法制作了Ti/Al电极,通过了I-V曲线研究了有无AlN缓冲层对这种芯片欧姆接触的影响.结果显示,去除AlN缓冲层后的N极性n型面与Ti/Al电极在500到600 ℃范围内退火才能形成欧姆接触.而保留AlN缓冲层的N极性n型面与Ti/Al电极未退火时就表现为较好的欧姆接触,比接触电阻率为2×10^-5 Ω·cm²,即使退火温度升高至600 ℃,也始终保持着欧姆接触特性.因此,AlN缓冲层的存在是Si衬底GaN基垂直结构LED获得高热稳定性n型欧姆接触的关键. 关键词： 硅衬底 N极性 AlN缓冲层 欧姆接触     

原子层沉积Al2O3/n-GaN MOS结构的电容特性

利用原子层沉积技术制备了具有圆形透明电 极的Ni/Au/Al₂O₃/n-GaN金属-氧化物-半导体结构, 研究了紫外光照对样品电容特性及深能级界面态的影响, 分析了非理想样品积累区电容随偏压增加而下降的物理起源. 在无光照情形下, 由于极长的电子发射时间与极慢的少数载流子热产生速率, 样品的室温电容-电压扫描曲线表现出典型的深耗尽行为, 且准费米能级之上占据深能级界面态的电子状态保持不变. 当器件受紫外光照射时, 半导体耗尽层内的光生空穴将复合准费米能级之上的深能级界面态电子, 同时还将与氧化层内部的深能级施主态反应. 非理想样品积累区电容的下降可归因于绝缘层漏电导的急剧增大, 其诱发机理可能是与氧化层内的缺陷态及界面质量有关的“charge-to-breakdown”过程. 关键词： 原子层沉积 2O₃/n-GaN')" href="#">Al₂O₃/n-GaN 金属-氧化物-半导体结构 电容特性     

等离子体表面处理对硅衬底GaN基蓝光发光二极管内置n型欧姆接触的影响

硅衬底GaN基发光二极管(LED)的内置n型欧姆接触在晶圆键合时的高温过程中常常退化,严重影响LED的工作电压等器件性能.本文深入研究了内置n电极蒸镀前对n-GaN表面的等离子体处理工艺对硅衬底GaN基发光二极管n型欧姆接触特性的影响.实验结果表明,1.1 mm×1.1 mm的LED芯片在350 m A电流下,n-GaN表面未做等离子体处理时,n电极为高反射率Cr/Al的芯片正向电压为3.43 V,比n电极为Cr的芯片正向电压高0.28 V.n-GaN表面经O2等离子体表面处理后,Cr/Al和Cr电极芯片的正向电压均有所降低,但Cr/Al电极芯片的正向电压仍比Cr电极芯片高0.14 V.n-GaN表面经Ar等离子体处理后,Cr/Al电极芯片正向电压降至Cr电极芯片的正向电压,均为2.92 V.利用X射线光电子能谱对Ar等离子体处理前后的n-GaN表面进行分析发现,Ar等离子体处理增加了n-GaN表面的N空位(施主)浓度,更多的N空位可以提高n型欧姆接触的热稳定性,缓解晶圆键合的高温过程对n型欧姆接触特性的破坏.同时还发现,经过Ar等离子体处理并用HCl清洗后,n-GaN表面的O原子含量略有增加,但其存在形式由以介电材料GaO_x为主转变为导电材料GaO_xN_(1-x)和介电材料GaO_x含量相当的状态,这会使得接触电阻进一步降低.上述两方面的变化均有利于降低LED芯片的正向电压.     

B与N掺杂对单层石墨纳米带自旋极化输运的影响

通过第一性原理计算研究了具有锯齿状边沿并且具有反铁磁构型的单层石墨纳米带的自旋极化输运.研究发现,在中心散射区同一位置掺入单个B和N原子,尽管对整个体系磁矩的影响完全相同,但对两个自旋分量电流的影响却完全相反.掺B时,自旋向上的电流显著大于自旋向下的电流;而掺N时,自旋向下的电流显著大于自旋向上的电流.这是由于不管掺B还是掺N都将打破自旋简并,使得导带和价带中自旋向上的能级比自旋向下的能级更高.掺B引入空穴,使完全占据的价带变为部分占据,从而自旋向上的能级正好处于费米能级,使得电子透射能力更强、电流更大,而自旋向下的能级则离费米能级较远使电子透射的能力较弱.掺N则引入电子,使得原来全空的导带变为部分占据,从而费米能级穿过导带中自旋向下的能级,使得自旋向下的电子比自旋向上的电子透射能力更强. 关键词： 自旋极化输运 单层石墨纳米带 第一性原理 非平衡格林函数     

闪锌矿结构AlSb空位缺陷性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的平面波超软赝势方法,计算含有锑空位和铝空位的AlSb电子结构,发现空位引起周围原子弛豫,晶体结构发生畸变.在此基础上研究了空位缺陷对闪锌矿型AlSb体系电子结构的影响,结果表明,铝空位缺陷使锑化铝费米能级降低,带隙变窄;而锑空位缺陷则使锑化铝费米能级升高,带隙变窄,同时,锑化铝的半导体类型由p型变为n型.对光学性质的研究发现,由于空位的引入使其邻近原子电子结构发生变化,使得空位缺陷系统光学性质的变化主要集中在低能量区域.     

基于磁控溅射和ICP刻蚀的RB-SiC表面平坦化工艺

采用射频磁控溅射技术在RB-SiC表面沉积Si平坦化层,通过正交试验研究了射频功率、Ar流量和工作气压三个因素对薄膜表面质量和形貌的影响规律,以获取最佳的薄膜沉积参数.射频功率120 W、工作气压1.2Pa和Ar流量40sccm条件下获得了最佳质量的平坦化样品,利用电感耦合等离子体对平坦化膜层进行刻蚀抛光,通过Lambda950分光光度计测试不同工艺阶段样品表面的反射率.结果表明,相比于未处理的RB-SiC初始样品,经过平坦化和等离子体刻蚀的样品表面粗糙度标准差值由1.819nm减小至0.919nm,样品表面反射率相应地提高了2%.由此说明射频磁控溅射平坦化沉积与电感耦合等离子体刻蚀的组合工艺可实现RB-SiC表面的高质量加工.     

N空位对Cu掺杂AlN电磁性质的影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了N空位对Cu掺杂AlN的电子结构和磁学性质的影响.结果表明,与Cu最近邻的N原子更易失去形成N空位.N空位的引入减小了Cu掺杂AlN体系的半金属能隙;减弱了Cu及其近邻N原子的自旋极化的强度以及Cu3d与N2p轨道间的杂化,因而减小了体系的半金属铁磁性.因此,制备Cu掺杂AlN稀磁半导体时应尽可能地避免N空位的产生.     

空位浓度对纤锌矿BN电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用了第一性原理研究了空位缺陷纤锌矿BN的电子结构和光学性质.通过对能带结构、态密度分析发现：缺陷体系由于B、N的缺失,费米能级附近出现杂质能级.相较于本征体系,随着空位浓度增加,杂质能级变多,跃迁能量减小. N空位缺陷的纤锌矿BN态密度总体向低能区移动,且能级相较于B空位缺陷的纤锌矿BN明显增多.从复介电函数和光学吸收谱分析中发现,随着空位浓度的增加,缺陷体系纤锌矿BN在可见光区域的吸收逐渐增强.尤其是B₂₂N₂₄在可见光区域出现的吸收效果更好.     

闪锌矿结构AlSb空位缺陷性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的平面波超软赝势方法，计算含有锑空位和铝空位的电子结构，发现空位引起周围原子弛豫，晶体结构发生畸变。在此基础上研究了空位缺陷对闪锌矿型AlSb体系电子结构的影响，结果表明，铝空位缺陷使锑化铝费米能级降低，带隙变窄；而锑空位缺陷则使锑化铝费米能级升高，带隙变窄，同时，锑化铝的半导体类型由p型变为n型。对光学性质的研究发现，由于空位的引入使其邻近原子电子结构发生变化，使得空位缺陷系统光学性质的变化主要集中在低能量区域。     

图形硅衬底GaN基发光二极管薄膜去除衬底及AlN缓冲层后单个图形内微区发光及 应力变化的研究

研究了图形硅衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜、去除硅衬底后的无损自由状态LED薄膜以及去除氮化铝(AlN)缓冲层后的自由状态LED薄膜单个图形内的微区光致发光(PL)性能, 用荧光显微镜与扫描电镜观测了去除AlN缓冲层前后LED薄膜断面弯曲状况的变化. 研究结果表明: 1)去除硅衬底后, 自由支撑的LED薄膜朝衬底方向呈柱面弯曲状态, 且相邻图形的柱面弯曲方向不一致, 当进一步去除AlN缓冲层后薄膜会由弯曲变为平整; 2)LED薄膜在去除硅衬底前后同一图形内不同位置的PL谱具有显著差异, 而当去除AlN缓冲层后不同位置的PL谱会基本趋于一致; LED薄膜每一位置的PL 谱在去除硅衬底后均出现明显红移, 进一步去除AlN缓冲层后PL谱出现程度不一的微小蓝移; 3)自由支撑的LED薄膜去除AlN缓冲层后, PL光强随激光激发密度变化的线性关系增强, 光衰减得到改善.     

GaN基倒装焊LED芯片的光提取效率模拟与分析

采用蒙特卡罗光线追踪方法,模拟GaN基倒装LED芯片的光提取效率,比较了蓝宝石衬底剥离前后、蓝宝石单面粗化和双面粗化、有无缓冲层下LED光提取效率的变化,并对粗化微元结构和尺寸作了进一步选取与优化.研究结果表明:采用较厚的蓝宝石衬底和引入AlN缓冲层均有利于LED光提取效率的提高;蓝宝石衬底双面粗化对提高光提取效率的效...     

N极性GaN薄膜的MOCVD外延生长

采用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上外延制备了N极性GaN薄膜。通过KOH腐蚀的方法判定了GaN外延薄膜的极性。通过X射线双晶衍射(XRD)摇摆曲线和光致荧光(PL)谱测试研究了成核层生长时间对N极性GaN薄膜晶体质量和发光性能的影响。研究结果表明,成核层生长时间为300 s时,N极性GaN薄膜样品的位错密度最低,发光性能最好。采用拉曼(Raman)光谱对样品的应变状态进行了分析。     

Effect of high-temperature buffer thickness on quality of AlN epilayer grown on sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition

The effect of an initially grown high-temperature AlN buffer (HT-AlN) layer's thickness on the quality of an AlN epilayer grown on sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) in a two-step growth process is investigated. The characteristics of AlN epilayers are analyzed by using triple-axis crystal X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM). It is shown that the crystal quality of the AlN epilayer is closely related to its correlation length. The correlation length is determined by the thickness of the initially grown HT-AlN buffer layer. We find that the optimal HT-AlN buffer thickness for obtaining a high-quality AlN epilayer grown on sapphire substrate is about 20 nm.     

The influence of AlN/GaN superlattice intermediate layer on the properties of GaN grown on Si（111） substrates

AlN/GaN superlattice buffer is inserted between GaN epitaxial layer and Si substrate before epitaxial growth of GaN layer. High-quality and crack-free GaN epitaxial layers can be obtained by inserting AlN/GaN superlattice buffer layer. The influence of AlN/GaN superlattice buffer layer on the properties of GaN films are investigated in this paper. One of the important roles of the superlattice is to release tensile strain between Si substrate and epilayer. Raman spectra show a substantial decrease of in-plane tensile strain in GaN layers by using AlN/GaN superlattice buffer layer. Moreover, TEM cross-sectional images show that the densities of both screw and edge dislocations are significantly reduced. The GaN films grown on Si with the superlattice buffer also have better surface morphology and optical properties.     

Investigation of yellow luminescence intensity of N-polar unintentionally doped GaN

This paper reports that the yellow luminescence intensity of N-polar GaN Epi-layers is much lower than that of Ga-polar ones due to the inverse polarity,and reduces drastically in the N-polar unintentionally-doped GaN after etching in KOH solution.The ratio of yellow luminescence intensity to band-edge emission intensity decreases sharply with the etching time.The full width at half maximum of x-ray diffraction of(10-12) plane falls sharply after etching,and the surface morphology characterized by scanning electron microscope shows a rough surface that changes with the etching time.The mechanism for the generation of the yellow luminescence are explained in details.     

Influence of AlN Buffer Thickness on GaN Grown on Si(111) by Gas Source Molecular Beam Epitaxy with Ammonia

Hexagonal GaN is grown on a Si(111) substrate with AlN as a buffer layer by gas source molecular beam epitaxy (GSMBE) with ammonia. The thickness of AlN buffer is changed from 9 to 72nm. When the thickness of AlN buffer is 36nm, the surface morphology and crystal quality of GaN is optimal. The in-situ reflection high energy electron diffraction (RHEED) reveals that the transition to a two-dimensional growth mode of AlN is the key to the quality of GaN. However, the thickness of AlN buffer is not so critical to the residual in-plane tensile stress in GaN grown on Si(111) by GSMBE for AlN thickness between 9 to 72nm.     

Enhanced carrier injection in InGaN/GaN multiple quantum wells LED with polarization-induced electron blocking barrier

In this report, we designed a light emitting diode (LED) structure in which an N-polar p-GaN layer is grown on top of Ga-polar In_0.1Ga_0.9N/GaN quantum wells (QWs) on an n-GaN layer. Numerical simulation reveals that the large polarization field at the polarity inversion interface induces a potential barrier in the conduction band, which can block electron overflow out of the QWs. Compared with a conventional LED structure with an Al_0.2Ga_0.8N electron blocking layer (EBL), the proposed LED structure shows much lower electron current leakage, higher hole injection, and a significant improvement in the internal quantum efficiency (IQE). These results suggest that the polarization induced barrier (PIB) is more effective than the AlGaN EBL in suppressing electron overflow and improving hole transport in GaN-based LEDs.     

AlN缓冲层对Si基GaN外延薄膜性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品,研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明：厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散,而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力,避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹,受到的张应力为0.3 GPa,（0002）和（1012）面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec,原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。