引入n型InGaN/GaN超晶格层提高量子阱特性研究

利用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN量子阱结构. 研究了引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层的量子阱特性,结果表明通过引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层缓解了量子阱有源区中的应力,改善了多量子阱表面形貌,减少了V型缺陷密度,而且提高了多量子阱的光致发光强度,从而也改进了LED的发光效率. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 原子力显微镜 X射线双晶衍射 光致发光     

量子阱垒层掺杂变化对双波长LED调控作用研究

采用APSYS软件研究了InGaN/GaN量子阱垒层掺杂变化对双波长 发光二极管发光光谱的调控问题. 在不同掺杂类型和浓度下对器件电子空穴浓度分布、 载流子复合速率、 能带结构、 发光光谱进行分析, 结果表明, 调节量子阱垒层n型和p型的掺杂浓度可以精确而有效地根据需要调控发光光谱, 解决发光光谱调控难的问题. 这些现象归因于掺杂的量子阱垒层对电子空穴分布的调控作用.     

不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层对双波长LED作用的研究

采用软件理论分析的方法对不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层在InGaN/GaN多量子阱双波长发光二极管中对发光光强、内量子效率、电子空穴浓度分布、溢出电流等作用进行模拟分析. 分析结果表明,p型掺杂的GaN间隔层与量子阱垒层的引入同不掺杂和n型掺杂两种类型比较,可以大大减少溢出电子流,极大地提高各量子阱内空穴浓度,提高双波长发光二极管的发光强度,极大的改善内量子效率随电流增大而下降问题. 关键词： GaN 掺杂类型 数值模拟 双波长发光二极管     

GaN基激光器多量子阱垒材料的研究

在(0001)蓝宝石衬底上分别用金属有机化学气相沉积技术外延生长了InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlInGaN多量子阱激光器结构, 并分别制作了脊形波导GaN基激光器。同步辐射X射线衍射,电注入受激发射光谱测试及光功率-电流(L-I)测试证明,相对于GaN垒材料,InGaN垒材料,AlInGaN四元合金垒材料更能改善多量子阱的晶体质量,提高量子阱的量子效率及降低激光器阈值电流。相关的机制为：组分调节合适的四元合金垒层中Al的掺入使得量子阱势垒高度增加,阱区收集载流子的能力增强;In的掺入能更多地补偿应力,减少了由于缺陷和位错所产生的非辐射复合中心密度;In的掺入还减小了量子阱中应力引致的压电场,电子空穴波函数空间交叠得以加强,使得辐射复合增加。     

硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜转移至含有柔性黏结层的基板上, 获得了不受衬底和支撑基板束缚的LED薄膜. 利用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)研究了薄膜转移前后的应力变化, 同时对其光致发光(PL)光谱的特性进行了研究. 结果表明: 硅衬底GaN基LED薄膜转移至柔性基板后, GaN受到的应力会由转移前巨大的张应力变为转移后微小的压应力, InGaN/GaN量子阱受到的压应力则增大; 尽管LED薄膜室温无损转移至柔性基板其InGaN阱层的In组分不会改变, 然而按照HRXRD倒易空间图谱通用计算方法会得出平均铟组发生了变化; GaN基LED薄膜从外延片转移至柔性基板时其PL谱会发生明显红移.     

势垒硅掺杂对GaN基LED极化电场及其光电性能的影响

势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响。采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化,研究表明当势垒硅掺杂浓度>1e¹⁸ cm^-3时,阱垒界面处的电场强度会变大,这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集。进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高,总非辐射复合随之增加,其中俄歇复合增加,而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少,这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级。电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压,这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性。当掺杂浓度为1e¹⁸ cm^-3时,获得了较高的内量子效率,这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗。     

蓝光激光器结构中InGaN/GaN多量子阱界面效应的精细光致发光光谱研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时,在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2,能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率.本工作利用光致发光(PL)光谱技术,对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征,研究了通H2生长对量子阱界面的调控...     

硅衬底InGaN/GaN基蓝光发光二极管droop效应的研究

InGaN/GaN基阱垒结构LED当注入的电流密度较大时, LED的量子效率随注入电流密度增大而下降, 即droop效应.本文在Si (111)衬底上生长了 InGaN/GaN 基蓝光多量子阱结构的LED,通过将实验测量的光电性能曲线与利用ABC模型模拟的结果进行对比, 探讨了droop效应的成因.结果显示:温度下降会阻碍电流扩展和降低空穴浓度, 电子在阱中分布会越来越不平衡,阱中局部区域中因填充了势能越来越高的电子而溢出阱外, 从而使droop效应随着温度的降低在更小的电流密度下出现且更为严重, 不同温度下实验值与俄歇复合模型模拟的结果在高注入时趋势相反.这此结果表明,引起 droop效应的主因不是俄歇非辐射复合而是电子溢出,电子溢出的本质原因是载流子在阱中分布不均衡.     

选择性p型量子阱垒层掺杂在双波长发光二极管光谱调控中的作用

采用软件理论分析的方法对选择性p型掺杂量子阱垒层在InGaN双波长发光 二极管(LED)中的光谱调控作用进行模拟分析.分析结果表明, 选择性p型掺杂对量子阱中电子和空穴浓度分布的均衡性起到一定的调控作用, 在适当选择p型掺杂量子阱垒层层数的条件下,能够改善量子阱中载流子的 辐射复合速率, 降低溢出电子浓度,从而有效提高芯片内量子效率,并减缓内量子效率随驱动 电流增大而快速下降的趋势.随着活性层量子阱增加到特定数量, 选择性p型掺杂的调控效果更加明显, LED芯片的双波长发光峰强度达到基本均衡.     

GaN基量子阱的激子跃迁和光学性质

采用光致发光谱、光致发光激发谱以及拉曼光谱对GaN基量子阱材料进行了实验观察和分析 .实验结果表明样品中量子点结构不均匀及InGaN层中In成分分布不均匀 ,且其光致发光谱的波峰是由自由激子辐射复合发光引起的 .同时由室温下InGaN/GaN量子阱的拉曼谱可得知InGaN/GaN多量子阱的结构特征     

Enhancement of light-emission efficiency of ultraviolet InGaN/GaN multiple quantum well light emitting diode with InGaN underlying layer

Two ultraviolet InGaN/GaN light emitting diodes (LEDs) with and without InGaN underlying layer beneath the multiple quantum wells (MQWs) were grown by metal-organic vapor phase epitaxy. Based on the photoluminescence excitation measurements, it was found that the Stokes shift of the sample with a 10-nm-thick In_0.1Ga_0.9N underlying layer was about 64 meV, which was smaller than that of the reference sample without InGaN underlying layer, indicating a reduced quantum-confined Stark effect (QCSE) due to the decrease of the piezoelectric polarization field in the MQWs. In addition, by fitting the photon energy dependence of carrier lifetime values, the radiative recombination lifetime of the sample with and without InGaN underlying layer were obtained about 1.22 and 1.58 ns at 10?K, respectively. The shorter carrier lifetime also confirmed that the QCSE in the MQWs was weakened after inserting the InGaN underlying layer. In addition, although the depth of carrier localization in the sample with InGaN underlying layer became smaller, the nonradiative recombination centers (NRCs) inside it decreased, and thus suppressed the nonradiative recombination process significantly according to the electroluminescence measurement results. Compared to the reference sample, the efficiency droop behavior was delayed in the sample with InGaN underlying layer and the droop effect was also effectively alleviated. Therefore, the enhanced light-emission efficiency of ultraviolet InGaN/GaN MQW LEDs could be attributed to the decrease of QCSE and NRCs.     

Structural and optical properties of an InxGa1−xN/GaN nanostructure

The structural and optical properties of an In_xGa_1−xN/GaN multi-quantum well (MQW) were investigated by using X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), spectroscopic ellipsometry (SE) and photoluminescence (PL). The MQW structure was grown on c-plane (0 0 0 1)-faced sapphire substrates in a low pressure metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) reactor. The room temperature photoluminescence spectrum exhibited a blue emission at 2.84 eV and a much weaker and broader yellow emission band with a maximum at about 2.30 eV. In addition, the optical gaps and the In concentration of the structure were estimated by direct interpretation of the pseudo-dielectric function spectrum. It was found that the crystal quality of the InGaN epilayer is strongly related with the Si doped GaN layer grown at a high temperature of 1090 °C. The experimental results show that the growth MQW on the high-temperature (HT) GaN buffer layer on the GaN nucleation layer (NL) can be designated as a method that provides a high performance InGaN blue light-emitting diode (LED) structure.     

Investigation of wavelength-dependent efficiency droop in InGaN light-emitting diodes

The physical mechanisms leading to the efficiency droop of InGaN/GaN light-emitting diodes (LEDs) are theoretically investigated. We first discuss the effect of Auger recombination loss on efficiency droop by taking different Auger coefficients into account. It is found that the Auger recombination process plays a significant nonradiative part for carriers at typical LED operation currents when the Auger coefficient is on the order of 10⁻³⁰ cm⁶ s⁻¹. Furthermore, the InGaN/GaN multiple-quantum-well (MQW) LEDs with varied indium compositions in InGaN quantum wells are studied to analyze the wavelength-dependent efficiency droop. The simulation results show that the wavelength-dependent efficiency droop is caused by several different effects including non-uniform carrier distribution, electron overflow, built-in electrostatic field induced by spontaneous and piezoelectric polarization, and Auger recombination loss. These internal physical mechanisms are the critical factors resulting in the wavelength-dependent efficiency droop in InGaN/GaN MQW LEDs.     

硅衬底GaN蓝色发光材料转移前后应力变化研究

利用外延片压焊和湿法腐蚀技术将硅衬底上生长的InGaN多量子阱发光二极管(LED)薄膜材料转移到了新衬底上. 研究结果表明, 转移后的LED薄膜中GaN层受到的张应力变小,InGaN层受的压应力变大. 去除转移后LED薄膜中过渡层后,GaN层受到的张应力变大,而铟镓氮层受到的压应力基本不变. 将转移后的薄膜做成垂直结构的LED芯片后,其光电性能明显改善. 关键词： GaN 发光二极管 硅衬底 应力     

InGaN/GaN多量子阱的组分确定和晶格常数计算

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术以蓝宝石为衬底在n型GaN单晶层上生长了InGaN/GaN多量子阱结构外延薄膜，利用高分辨X射线衍射(HRXRD)，卢瑟福背散射/沟道(RBS/channeling)，以及光致发光(PL)技术对InGaN/GaN多量子阱结构薄膜分别进行了平均晶格常数计算、In原子替位率计算和In组分的定量分析.研究表明：InGaN/GaN多量子阱的水平和垂直方向平均晶格常数分别为a_epi=0.3195nm，c_epi=0.5198nm，In原子的替位率为99.3%，利用HRXRD和RBS/channeling两种分析技术计算In的组分分别是0.023和0.026，并与样品生长时设定的预期目标相符合，验证了两种实验方法的准确性；而用室温条件下的光致发光谱(PL)来计算InGaN/GaN多量子阱中In的组分是与HRXRD和RBS/channeling的实验结果相差很大，说明用PL测试In组分的方法是不适宜的. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 高分辨X射线衍射 卢瑟福背散射/沟道 光致发光     

InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管发光机理转变的低频电流噪声表征

本文对InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管开启后的电流噪声进行了测试, 结合低频电流噪声的特点和载流子之间的复合机理, 研究了低频电流噪声功率谱密度与发光二极管发光转变机理之间的关系. 结论表明, 当电流从0.1 mA到10 mA逐渐增大的过程中, InGaN/GaN发光二极管的电流噪声行为从产生-复合噪声逐渐接近于低频1/f噪声, 载流子的复合机理从非辐射复合过渡为电子与空穴之间载流子数的辐射复合, 并具有标准1/f噪声的趋势, 此时多量子阱中的电子和空穴之间的复合趋向于稳定. 本文的结论提供了一种表征InGaN/GaN多量子阱发光二极管发光机理转变的有效方法, 为进一步研究发光二极管中载流子的复合机理、优化和设计发光二极管、提高其发光量子效率提供理论依据.     

InGaN/GaN超晶格厚度对Si衬底GaN基蓝光发光二极管光电性能的影响

采用有机金属化学气相沉积技术在Si(111)衬底上生长蓝光多量子阱发光二极管(LED) 结构, 通过在量子阱下方分别插入两组不同厚度的InGaN/GaN超晶格, 比较了超晶格厚度对LED光电性能的影响. 结果显示: 随超晶格厚度增加, 样品的反向漏电流加剧; 300 K下电致发光仪测得随着电流增加, LED发光光谱峰值的蓝移量随超晶格厚度增加而减少, 但不同超晶格厚度的两个样品在300 K下的电致发光强度几乎无差异. 结合高分辨X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对样品的位错密度和V形坑特征分析, 明确了两样品反向漏电流产生巨大差异的原因是由于超晶格厚度大的样品具有更大的V形坑和V形坑密度, 而V形坑可作为载流子的优先通道, 使超晶格更厚的样品反向漏电流加剧. 通过对样品非对称(105)面附近的X射线衍射倒易空间图分析, 算得超晶格厚度大的样品其InGaN量子阱在GaN上的弛豫度也大, 即超晶格厚度增加有利于减小InGaN量子阱所受的应力. 综合以上影响LED发光效率的消长因素, 导致两样品最终的发光强度相近.     

MOCVD生长InGaN/GaN MQW紫光LED

利用LP－MOCVD系统生长了InGaN/GaN MQW紫光LED外延片，双晶X射线衍射测试获得了2级卫星峰，室温光致发光谱的峰值波长为399.5nm，FWHM为15.5nm，波长均匀性良好。制成的LED管芯，正向电流20mA时，工作电压在4V以下。