高温预生长对图形化蓝宝石衬底GaN薄膜质量的提高

在图形化蓝宝石衬底生长低温缓冲层之前,通入少量三甲基镓（TMGa）和大量氨气进行短时间的高温预生长,通过改变TMGa流量制备了4个蓝光LED样品。MOCVD外延生长时使用激光干涉仪实时监测薄膜反射率,外延片使用高分辨率X射线衍射（002）面和（102）面摇摆曲线估算位错密度,并使用光致发光谱表征发光性能,制备成芯片后测试了正向电压和输出光功率。结果表明,高温预生长可促进薄膜的横向外延,使得三维岛状GaN晶粒在较小的薄膜厚度内实现岛间合并,有利于降低位错密度,提高外延薄膜质量,LED芯片的输出光功率的增强幅度达29.1%,而电学性能无恶化迹象;但高温预生长工艺中TMGa的流量应适当控制,过量的TMGa导致GaN晶粒过大,将延长岛间合并时间,降低晶体质量。     

ITO表面粗化提高GaN基LED芯片出光效率

使用现有生产线上工艺成熟且成本低廉的技术实现ITO粗化以提高GaN基LED蓝光芯片的出光效率是产业界重要的研究课题。本文通过普通光刻技术和湿法腐蚀技术,实现ITO表面粗化,有效地提高了LED芯片的输出光功率。输入电流为20 mA时,ITO层制备密集分布的三角周期圆孔阵列后,芯片输出光功率提升11.4%,但正向电压升高0.178 V;微结构优化设计后,芯片输出光功率提升8.2%,正向电压仅升高0.044 V。小电流注入时,密集分布的三角周期圆孔阵列有利于获得较高的输出光功率。大电流注入时,这种结构将导致电流拥挤,芯片的电光转化效率衰减严重。经过优化设计后的微结构阵列器件,具有较高的电注入效率,因此芯片的出光效率较高且随输入电流的增加而衰减的趋势较慢,因此更适合大电流下工作。     

高效率GaN基高压LED芯片的制备及COB封装

为提升GaN基高压LED芯片的出光性能,优化了芯片发光单元之间隔离沟槽的宽度.当隔离沟槽宽度为20μm时,芯片的电学性能和光学性能最优.当注入电流为20 mA时,正向电压为50.72 V,输出光功率为373.64 mW,电光转换效率为36.83％.采用镜面铝基板和陶瓷基板进行了4颗芯片串联形式的COB封装.镜面铝基板的热导率和反射率均高于陶瓷基板,可提升HV-LED器件在大注入电流和高温时的发光性能.当注入电流为20 mA且基板温度为20℃时,镜面铝基板封装的HV-LED器件的正向电压是198.9 V,发光效率达122.2 lm/W.     

中高温GaN插入层厚度对蓝光LED光电性能的影响

利用金属有机气相化学沉积(MOCVD)技术在蓝宝石图形衬底上生长GaN基蓝光LED,并系统研究了不同中高温GaN插入层厚度对其光电性能的影响。利用芯片测试仪和原子力显微镜(AFM)表征了GaN基蓝光LED外延片的光电性能以及表面形貌。当中高温GaN插入层厚度从60 nm增加至100 nm时,V形坑尺寸从70~110 nm增加至110~150 nm。当注入电流为20 mA时,LED芯片的光功率从21.9 mW增加至24.1mW;当注入电流为120 mA时,LED芯片的光功率从72.4 mW增加至82.4 mW。对V形坑尺寸调控LED光电性能的相关物理机制进行了分析,结果表明:增大V形坑尺寸有利于增加空穴注入面积和注入效率,进而提高LED器件的光功率。     

GaN基发光二极管外延中p型AlGaN电子阻挡层的优化生长

本文利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法系统地研究了p-AlGaN层掺杂机理及优化设计生长. 明确了生长温度、压力及TMAl的流量对AlGaN层Al组分的影响关系,并给出了各自不同的机理与作用. 研究发现,Al组分介于10%—30%之间能够很好地将电子限定在量子阱区域并保持高的材料晶体质量. 发展了一种新的生长技术来克服p-AlGaN层掺入效率低下和空穴注入不足的问题. 优化条件下生长的p型AlGaN电子阻挡层很大地提升了InGaN/GaN基LED的输出光功率. 关键词： 氮化镓基 LED Al组分 电子阻挡层     

La1.3Sr1.7Mn2O7/SrTiO3-Nb异质结的整流和光伏特性

采用脉冲激光沉积法在SrTiO₃:0.7%Nb(100)单晶衬底上生长了La_1.3Sr_1.7Mn₂O₇(LSMO)薄膜, 并 研究了LSMO/SrTiO₃-Nb异质结的输运性质和光伏效应. 研究发现, 异质结具有良好的整流特征和明显的光生伏特效应. 在532 nm激光辐照下, 光生电压随温度升高先增大后减小, 并且在150 K达到最大值400 mV, 此温度点与LSMO薄膜发生金属-绝缘体转变的温度一致, 这表明异质结的光生伏特效应受LSMO薄膜内部的输运特征调控. 进一步, 从光生电压随时间的变化曲线中分析发现, 上升沿符合一阶指数函数, 这与载流子的迁移过程相关; 而下降沿符合二阶指数函数, 这与结两侧载流子的外部回路中和以及材料内部的电子-空穴湮灭有关. 值得注意的是, 上升沿和下降沿的时间常数均随着温度先增大后减小, 且最大值均出现在LSMO薄膜的金属-绝缘转变温度.     

4H-SiC同质外延生长Grove模型研究

本文通过对4H-SiC同质外延化学反应和生长条件的分析,建立了4H-SiC同质外延生长的Grove模型,并结合实验结果进行了分析和验证.通过理论分析和实验验证,得到了外延中氢气载气流量和生长温度对4H-SiC同质外延生长速率的影响.研究表明:外延生长速率在衬底直径上为碗型分布,中心的生长速率略低于边缘的生长速率;随着载气流量的增大,生长速率由输运控制转变为反应速率控制,生长速率先增大而后逐渐降低;载气流量的增加,会使高温区会发生漂移,生长速率的理论值和实验出现一定的偏移;随着外延生长温度的升高,化学反应速率和气相转移系数都会增大,提高了外延速率;温度对外延反应速率的影响远大于对生长质量输运的影响,当温度过分升高后,外延生长会进入质量控制区;但过高的生长温度导致源气体在生长区边缘发生反应,生成固体粒子,使实际参与外延生长的粒子数减少,降低了生长速率,且固体粒子会有一定的概率落在外延层上,严重影响外延层的质量.通过调节氢气流量,衬底旋转速度和生长温度,可以有效的控制外延的生长速度和厚度的均匀性.     

具有新型双空穴注入层的有机发光二极管

采用新型双空穴注入层N, N, N', N'-tetrakis(4-Methoxy-phenyl)benzidine/Copper phthalocyanine(MeO-TPD/CuPc)及器件结构:ITO/MeO-TPD(15 nm)/CuPc(15 nm)/ N, N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N, N'-bis(phenyl)benzidine (NPB, 15 nm)/8-hydroxyquinoline (Alq₃, 50 nm)/LiF(1 nm)/Al(120 nm), 研制出高效有机发光二极管(器件D), 与其他器件(器件A, 没有空穴注入层的器件; 器件B, MeO-TPD单空穴注入层; 器件C, CuPc单空穴注入层)相比, 其性能得到明显改善. 器件D的起亮电压降至3.2 V, 比器件A, B, C的起亮电压分别降低了2, 0.3, 0.1 V. 器件D在10 V时, 其最大亮度为23893 cd/m², 最大功率效率为1.91 lm/W, 与器件A, B, C的最大功率效率相比, 分别提高了43% (1.34 lm/W), 22% (1.57 lm/W), 7% (1.79 lm/W). 性能改善的主要原因是由于空穴注入和传输性能得到了改善, 通过单空穴型器件的J-V 曲线对这一现象进行了分析. 关键词： 有机发光二极管 空穴注入层 功率效率 势垒     

大功率GaN基发光二极管等效串联电阻的功率耗散及其对发光效率的影响

由于自加热效应的存在,大功率GaN基发光二极管(LED)的芯片温度有可能高出环境温度很多,实验中,芯片温度超出环境高达147 K.从实验测量的大功率LED电流电压特性曲线中,将p-n结和等效串联电阻上的电压降落分离出来,得到了大功率LED等效串联电阻随芯片温度的变化情况.在输入电功率自加热效应的影响下,大功率GaN基LED等效串联电阻呈现出剧烈的变化,其阻值由低输入功率时的1.2 Ω降低到0.9 Ω,然后再升高到1.9 Ω,等效串联电阻的功率耗散在输入功率中所占的比例也随着输入功率的增加迅速增加,最高时接 关键词： 自加热 等效串联电阻 发光二极管 流明效率     

注入电流对绿光高压LED光电特性的影响

设计并制备了12 V 的GaN基绿光高压发光二极管（LED）,并对其进行了变电流测试。研究了绿光高压LED的正向电压、峰值波长、光功率以及光效等重要参数随注入电流的变化关系,电流变化范围为3~50 mA,测试温度为25 ℃。实验结果表明：电流对绿光高压LED的光电特性有很大影响。在驱动电流为20 mA时,对应电压为14 V。随着注入电流的增大,峰值波长蓝移了2 nm。随着电流的增大,光功率近似于线性增加。在注入电流从3 mA增大到20 mA的过程中,光效降低了约61%;在注入电流从20 mA增大到50 mA的过程中,光效降低了约39%。这说明高压LED在大电流驱动时,光效降低的幅度比较缓慢。上述结果对 GaN基绿光高压 LED 的改进优化具有一定的参考价值。     

The residual C concentration control for low temperature growth p-type GaN

In this work, the influence of C concentration to the performance of low temperature growth p-GaN is studied.Through analyses, we have confirmed that the C impurity has a compensation effect to p-GaN. At the same time we have found that several growth and annealing parameters have influences on the residual C concentration:(i) the C concentration decreases with the increase of growth pressure;(ii) we have found there exists a Ga memory effect when changing the Cp_2 Mg flow which will lead the growth rate and C concentration increase along the increase of Cp_2 Mg flow;(iii) annealing outside of metal–organic chemical vapor deposition(MOCVD) could decrease the C concentration while in situ annealing in MOCVD has an immobilization role to C concentration.     

衬底弯曲度对GaN基LED芯片性能的影响

利用低压MOCVD系统在弯曲度值不同的蓝宝石衬底上生长了GaN基LED外延结构并制作芯片。测量了芯片的主要电学和光学参数,并分析了衬底弯曲度值对芯片性能的影响。分析结果表明:存在弯曲度的衬底预先弛豫了外延层中的部分应力,改善了外延层的质量,从而提高了LED芯片的性能。随着衬底弯曲度值的逐渐增加,下层GaN对有源层中InGaN材料的压应力作用不断减小,导致芯片的主波长逐渐发生蓝移。     

掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上制备了掺Fe高阻Ga N以及Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.对Cp_2Fe流量不同的高阻Ga N特性进行了研究.研究结果表明,Fe杂质在Ga N材料中引入的Fe~(3+/2+)深受主能级能够补偿背景载流子浓度从而实现高阻,Fe杂质在Ga N材料中引入更多起受主作用的刃位错,也在一定程度上补偿了背景载流子浓度.在一定范围内,Ga N材料方块电阻随Cp_2Fe流量增加而增加,Cp_2Fe流量为100 sccm(1 sccm 1mL min)时,方块电阻增加不再明显;另外增加Cp_2Fe流量也会导致材料质量下降,表面更加粗糙.因此,优选Cp_2Fe流量为75 sccm,相应方块电阻高达×10?/,外延了不同掺Fe层厚度的Al Ga N/Ga N HEMT结构,并制备成器件.HEMT器件均具有良好的夹断以及栅控特性,并且增加掺Fe层厚度使得HEMT器件的击穿电压提高了39.3%,同时对器件的转移特性影响较小.     

GaN基白光LED的结温测量

用正向电压法、管脚法和蓝白比法等三种方法测量GaN基白光LED的结温,获得了较为准确的结温,误差可以控制在4℃以内.正向电压法在恒定电流的条件下,得到了正向电压与结温的线性关系;蓝白比法在不同环境温度和不同注入电流两种情况下,都得到了蓝白比与结温较好的线性关系.提出了蓝白比法可能的物理机制,提高环境温度和增大注入电流都会使结温升高,蓝光峰值波长也会改变,这两个因素都会影响荧光粉的激发和发光效率.降低结温需要考虑的主要因素有白光LED的接触电阻、串联电阻和外量子效率,封装材料的热导率,反射杯和管脚的设计,以及空气散热部分的散热面积等.     

像素分割对LED电流密度及光照度分布的影响

将300μm×300μm LED芯片阵列化为间隔为20μm的3×3个80μm×80μm的子单元,阵列化后,总饱和光输出功率是未阵列化前的5.19倍,最大注入电流提高近7倍,表明阵列可以注入更大的电流和输出更高的饱和光功率。此外,采用多颗阵列化后的LED芯片形成的芯片组照明,得知芯片组间距为最大平坦条件dmax时,接收面上照度均匀性最佳;芯片组数越多,接收面上均匀照度的面积越大。同时,9颗300μm×300μm的芯片阵列化为9个80μm×80μm LED芯片后,以dmax排列照明相对于9颗未阵列化的300μm×300μm芯片以dmax排列照明时,接收面上的光照度均匀性不变,照度值提高了3倍。     

硅基板和铜基板垂直结构GaN基LED变温变电流发光性能的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜剥离转移到新的硅基板和紫铜基板上,并获得了垂直结构的LED芯片,对其变温变电流电致发光(EL)特性进行了研究. 结果表明:当环境温度不变时,在13 K低温状态下铜基板芯片的EL波长始终大于硅基板芯片约6 nm,在300 K 状态下随着驱动电流的加大铜基板芯片的EL波长会由大于硅基板芯片3 nm左右而逐渐变为与硅基板芯片重合;当驱动电流不变时,环境温度由13 K升高到320 K,两种基板芯片的EL波长随温度升高呈现S形变化并且波谱逐渐趋于重合;在100 K以下温度时铜基板芯片的Droop效应比硅基板芯片明显,在100 K 以上温度时硅基板芯片的Droop效应比铜基板芯片明显. 可能是由于两种芯片的基板具有不同的热膨胀系数和热导率导致了其变温变电流的EL特性不同. 关键词： GaN 热膨胀系数 内量子效率 热导率     

激发波长和带宽对Ce/Tb/Eu共掺发光玻璃发光性质的影响

采用双高斯函数拟合不同中心波长和带宽的LED芯片光谱,并根据荧光分光光度计的测量结果推算不同LED芯片激发下的Ce/Tb/Eu共掺发光玻璃的发射光谱和色温。结果表明,当芯片带宽不变,中心波长从370 nm右移到378 nm时,Ce/Tb/Eu共掺发光玻璃色温逐渐下降。当芯片中心波长不变,带宽从10 nm增加到25 nm时,Ce/Tb/Eu共掺发光玻璃的色温变化与中心波长有关。在芯片发光稳定的前提下,带宽变化对Ce/Tb/Eu共掺发光玻璃色温的影响小于中心波长改变的影响,故当Ce/Tb/Eu共掺发光玻璃应用于LED发光时,需优先选择芯片的中心波长。     

基于相对光谱强度的非接触式LED结温测量法

基于一体化封装高导热铝板,利用蓝光芯片及常用YAG荧光粉,制备了大功率白光LED,并研究了其在不同结温下的光谱变化规律。发现白光LED辐射光谱在波长485 nm处辐射强度具有极小值,并且此波长的辐射强度与LED结温存在良好的线性关系,以此为依据给出了该波长辐射强度与结温的关系公式,测量了LED结温,并与正向压降法及光谱法的测量结果进行对比。实验结果显示：所提出的结温测量方法与正向压降法测量结果差距不超过2 ℃,该方法保持了正向压降法的结温测量较为准确的优点,克服了光谱法的光谱漂移过小,对测试结果带来较大误差的缺点,同样也具有光谱法的实用性强、高效直观、非接触测量、不破坏灯具结构的优点。     

GaN-based light-emitting diodes directly grown on sapphire substrate with holographically generated two-dimensional photonic crystal patterns

As an approach to enhance light extraction from GaN-based light-emitting diodes (LEDs), we inserted a submicron period photonic crystal (PC) pattern at the interface between GaN epilayer and sapphire substrate. A two-dimensional square-lattice pillar array of 600-nm period was produced directly onto the sapphire substrate by a combination of laser holography and inductively-coupled-plasma etching. A standard GaN LED heterostructure was grown on top of the nano-patterned substrate, which was then processed to conventional bottom-emitting LED chips. At the drive current of 20 mA, the PC-LED produced surface-normal output power about 40% higher than that of the reference LED (with no PC integrated). Temperature-dependent photoluminescence measurement indicated that the emission enhancement was solely a structural effect by the integrated PC pattern.