GaN基多量子阱发光二极管的极化效应和载流子不均匀分布及其影响

制备了GaN基绿光发光二极管.利用耦合法求解了在自发极化和压电极化效应影响下的GaN/InGaN量子阱的极化电场强度.考虑载流子在量子阱间的不均匀分布，模拟计算了系统的一维薛定谔方程、稳态速率方程和泊松方程，得到了载流子在各个阱间的分布比值和辐射复合速率.同时还得到了不同电流下电致发光(EL)谱的峰值波长、谱峰半高宽及EL谱强度的变化情况.发现当测试电流由10 mA 增加到70 mA时，理论结果与实验结果能很好符合. 关键词： 极化 载流子不均匀分布 复合速率     

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.     

影响GaN基蓝光LED能带结构与光谱特性关系的仿真研究

本文采用Silvaco TCAD软件对GaN基InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管(LED)的光谱特性进行了仿真研究。研究结果表明:光谱会随着注入电压的增加而产生蓝移现象,并出现0.365μm处的紫外光发光峰;发光效率在正向电流较小时增长很快,随着正向电流进一步增加而逐渐趋于饱和;随着量子阱中In组分和量子阱阱层厚度的增加,发光光谱出现红移现象,并且发光效率下降。仿真结果对GaN基InGaN/GaN量子阱结构蓝光LED的设计和优化提供一定的依据。     

高效InGaN/AlInGaN发光二极管的结构设计及其理论研究（英文）

利用Advanced Physical Models of Semiconductor Devices(APSYS)理论对比研究了InGaN/AlInGaN和InGaN/GaN多量子阱作为有源层的InGaN基发光二极管的结构和电学特性。与InGaN/GaN基LED中GaN作为垒层材料相比,在AlInGaN材料体系中,通过调节AlInGaN中Al和In的组分可以优化器件的性能。当InGaN阱层材料中In组分为8%时,可以实现无应力的In0.08Ga0.92N/AlInGaN基LED。在这种无应力结构中可以进一步降低大功率LED的"效率下降"(Effciency droop)问题。理论模拟结果显示,四元系AlInGaN作为垒层可以进一步减少载流子泄露,增加空穴注入效率,减少极化场对器件性能的影响。在In0.08Ga0.92N/AlInGaN量子阱中的载流子浓度、有源层的辐射复合率、电流特性曲线和内量子效率等方面都优于InGaN/GaN基LED。无应变AlInGaN垒层代替传统的GaN垒层后,能够得到高效的发光二极管,并且大电流注入下的"效率滚降"问题得到改善。     

高效InGaN/AlInGaN发光二极管的结构设计及其理论研究

利用Advanced Physical Models of Semiconductor Devices (APSYS)理论对比研究了InGaN/AlInGaN 和 InGaN/GaN多量子阱作为有源层的InGaN基发光二极管的结构和电学特性。与InGaN/GaN 基LED 中GaN作为垒层材料相比,在AlInGaN材料体系中,通过调节AlInGaN中Al和In的组分可以优化器件的性能。当InGaN阱层材料中In组分为8%时,可以实现无应力的In_0.08Ga_0.92N/AlInGaN基 LED。在这种无应力结构中可以进一步降低大功率LED的"效率下降"(Effciency droop)问题。理论模拟结果显示,四元系AlInGaN作为垒层可以进一步减少载流子泄露,增加空穴注入效率,减少极化场对器件性能的影响。在In_0.08Ga_0.92N /AlInGaN量子阱中的载流子浓度、有源层的辐射复合率、电流特性曲线和内量子效率等方面都优于InGaN/GaN基LED。无应变AlInGaN垒层代替传统的GaN垒层后,能够得到高效的发光二极管,并且大电流注入下的"效率滚降"问题得到改善。     

GaN基白光LED的研制与特性

本文报导了通过低压金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管(LED)与钇铝石榴石(YAG)荧光粉结合而得的白光发光二极管(W-LED).在室温、正向电流20mA时,W-LED轴向亮度为170mcd,显色指数(CRI)达到82,色温(CCT)为7448K,CIE色坐标是(0.296,0.316),接近纯白色(0.33,0.33).随着注入电流的增强,测量并探讨了白光LED的发射光谱与发光强度的变化.     

金属有机化学气相沉积外延技术生长GaN基半导体发光二极管和激光二极管(Ⅱ)

如今，InGaN／GaN基量子阱发光二极管已经商业化，而且InGaN／GaN基量子阱激光二极管已实现连续波室温运转，使用寿命超过10000小时，虽然如此，但还没有完全搞清楚这些器件的发光机理．试验中通常使用连续输出He-Cd激光器（325nm）作光源，或者使用20—50mA注入电流来研究In—GaN量子阱样品或发光二极管光学性质，本文上篇研究了量子阱厚度与发光二极管发光功率的关系，lnGaN和GaN之间的晶格失配产生压电场，从而导致量子束缚斯塔克效应，而量子束缚斯塔克效应强     

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。     

蓝紫光发光二极管中的低频产生-复合噪声行为研究

本文对GaN基InGaN/GaN多量子阱结构、蓝紫光发光二极管(light-emitting diode, LED)的电流噪声进行了测试,电流测试范围为0.1—180 mA.根据电流噪声的特点,结合LED中载流子之间的产生-复合机制,探讨了电流注入下LED中载流子的产生与复合机制和低频噪声产生的机理.结论表明,随着电流从0.1 mA逐渐增大到27 mA, LED中的电流噪声具有低频产生-复合(generation-recombination, g-r)噪声的特性;当电流逐渐增大到50 mA及以上时,电流噪声的行为接近1/f噪声.采用电子元器件中公认的电流噪声模型,拟合了低频电流噪声功率谱密度与频率之间的关系,结合LED中载流子的输运机理和复合机制,从理论上分析了LED在电流注入时g-r噪声幅值和转折频率的变化规律.本文的结果提供了一种检测和表征多量子阱结构蓝紫光LED在电流逐渐增大过程中发光机制转变的有效手段,为提高其发光量子效率提供理论依据.     

图形化蓝宝石衬底上InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光谱特性研究

运用电致发光(EL)和光致发光(PL)实验,分析了图形化蓝宝石衬底(PSSLEDs)和常规平面蓝宝石衬底(C-LEDs)InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光谱特性。对比EL谱,发现PSSLEDs拥有更强的光功率和更窄的半峰宽(FWHM),说明PSSLEDs具有较高的晶体质量。其次,PSSLEDs的EL谱半峰宽随电流增加出现了更快的展宽,而这两种LED样品的PL谱半峰宽随激光功率增加呈现了基本相同的展宽变化,说明在相同电流下,PSSLEDs量子阱中载流子浓度更高,能带填充效应更强。另外,随着电流的增加,PSSLEDs和C-LEDs的峰值波长都发生蓝移,且前者的蓝移程度较小,结合半峰宽的对比分析,说明PSSLEDs量子阱中的极化电场较小。最后,对比了PSSLEDs和C-LEDs的外量子效率随电流的变化,发现PSSLEDs拥有更严重的efficiency droop,说明量子阱中极化电场不是导致efficiency droop的主要原因。     

具有三角形InGaN/GaN多量子阱的高内量子效率的蓝光LED(英文)

对InGaN量子阱LED的内量子效率进行了优化研究。分别对发光光谱、量子阱中的载流子浓度、能带分布、静电场和内量子效应进行了理论分析。对具有不同量子阱数量的InGaN/GaN LED进行了理论数值比对研究。研究结果表明,对于传统结构的LED而言,2个量子阱的结构相对于5个和7个量子阱具有更好的光学性能。同时还研究了具有三角形量子阱结构的LED,研究结果显示,三角形多量子阱结构具有较高的电致发光强度、更高的内量子效率和更好的发光效率,所有的优点都归因于较高的电子-空穴波函数重叠率和低的Stark效应所产生的较高的载流子输入效率和复合发光效率。     

垒层厚度对InGaN/GaN多量子阱电注入发光性能的影响及机理

研究了不同垒厚对InGaN/GaN多量子阱电注入发光性能的影响及机理。实验发现,当GaN垒层的厚度从6 nm增大到24 nm时,垒厚的样品发光强度更强,而且当注入电流增加时,适当增加垒厚,可以更显著增加发光强度。进一步结合发光峰位和光谱宽度的研究表明,由于应力和极化效应的存在,当垒层厚度在6~24 nm范围内时,适当增加垒层厚度不仅会使得能带的倾斜加剧,减少电子泄露,而且也会增加InGaN阱层的局域态深度,从而改善量子阱的发光性能。     

The effect of junction temperature on the optoelectrical properties of InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes

Thermal effects on the optoelectrical characteristics of green InGaN/GaN multiple quantum well (MQW) light-emitting diodes (LEDs) have been investigated in detail for a broad temperature range, from 30 °C to 100 °C. The current-dependent electroluminescence (EL) spectra, current–voltage (I–V) curves and luminescence intensity–current (L–I) characteristics of green InGaN/GaN MQW LEDs have been measured to characterize the thermal-related effects on the optoelectrical properties of the InGaN/GaN MQW LEDs. The experimental results show that both the forward voltages decreased with a slope of ?3.7 mV/K and the emission peak wavelength increased with a slope of +0.02 nm/K with increasing temperature, indicating a change in the contact resistance between the metal and GaN layers and the existence of a band gap shrinkage effect. The junction temperature estimated from the forward voltage and the emission peak shift varied from 25.6 to 14.5 °C and from 22.4 to 35.6 °C, respectively. At the same time, the carrier temperature decreased from 371.2 to 348.1 °C as estimated from the slope of high-energy side of the emission spectra. With increasing injection current, there was found to be a strong current-dependent blueshift of ?0.15 nm/mA in the emission peak wavelength of the EL spectra. This could be attributed to not only the stronger band-filling effect but also the enhanced quantum confinement effect that resulted from the piezoelectric polarization and spontaneous polarization in InGaN/GaN heterostructures. We also demonstrate a helpful and easy way to measure and calculate the junction temperature of InGaN/GaN MQW LEDs.     

InGaN蓝光与CdTe纳米晶基白光LED

报道了倒装焊InGaN蓝光LED与黄光CdTe纳米晶的复合结构。利用蓝光作为CdTe纳米晶的激发源,通过光的下转换机制,将部分蓝光转化为黄光,复合发射出白光。室温下正向驱动电流为10mA时,发光色品坐标为x=0.29,y=0.30。实验表明,该复合结构白光LED的一大优点在于,复合光的色品坐标几乎不随正向驱动电流大小变化,颜色稳定。     

纳米折叠InGaN/GaN LED材料生长及器件特性

在以自组织Ni纳米岛为掩膜制作的n-GaN纳米柱上,利用MOCVD方法外延生长了具有折叠InGaN/GaN多量子阱(MQW)的LED结构外延片,进而制作了LED器件.外延片上中下游的光致荧光测试,结果表明外延片具有很好的均匀性.用该外延片制作的LED的电致发光谱,随注入电流增加没有明显蓝移,这表明纳米结构能更好地释放应力,纳米柱上外延生长的多量子阱,具有较低的压电极化电场.正向工作电流20 mA时,LED器件的工作电压为4.6 V. 关键词： 纳米柱LED 光致发光 电致发光     

Effects of a prestrained InGaN interlayer on the emission properties of InGaN/GaN multiple quantum wells in a laser diode structure

The electroluminescence (EL) and photoluminescence (PL) spectra of InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) with a prestrained InGaN interlayer in a laser diode structure are investigated. When the injection current increases from 5 mA to 50 mA, the blueshift of the EL emission peak is 1 meV for the prestrained sample and 23 meV for a control sample with the conventional structure. Also, the internal quantum efficiency and the EL intensity at the injection current of 20 mA are increased by 71% and 65% respectively by inserting the prestrained InGaN interlayer. The reduced blueshift and the enhanced emission are attributed mainly to the reduced quantum-confined Stark effect (QCSE) in the prestrained sample. Such attributions are supported by the theoretical simulation results, which reveal the smaller piezoelectric field and the enhanced overlap of electron and hole wave functions in the prestrained sample. Therefore, the prestrained InGaN interlayer contributes to strain relaxation in the MQW layer and enhancement of light emission due to the reduction of QCSE.     

Effects of multiple interruptions with trimethylindium-treatment in the InGaN/GaN quantum well on green light emitting diodes

In this study, the influence of multiple interruptions with trimethylindium(TMIn)-treatment in InGaN/GaN multiple quantum wells(MQWs) on green light-emitting diode(LED) is investigated. A comparison of conventional LEDs with the one fabricated with our method shows that the latter has better optical properties. Photoluminescence(PL) full-width at half maximum(FWHM) is reduced, light output power is much higher and the blue shift of electroluminescence(EL) dominant wavelength becomes smaller with current increasing. These improvements should be attributed to the reduced interface roughness of MQW and more uniformity of indium distribution in MQWs by the interruptions with TMIn-treatment.     

In组分渐变提高InGaN/GaN多量子阱发光二极管发光性能

利用金属有机物化学气相沉积系统在蓝宝石衬底上通过有源层的变温生长,得到In组分渐变的量子阱结构,从而获得具有三角形能带结构的InGaN/GaN多量子阱发光二极管(LED)(简称三角形量子阱结构LED).变温光致发光谱结果表明,相对于传统具有方形能带结构的量子阱LED(简称方形量子阱结构LED),三角形量子阱结构有效提高了量子阱中电子和空穴波函数的空间交叠,从而增加了LED的内量子效率;电致发光谱结果表明,三角形量子阱结构LED器件与传统结构LED器件相比,明显改善了发光峰值波长随着电流的蓝移现象.通过以上