掺杂与Al组分对AlGaInP四元系LED发光效率的影响

在AlGaInP四元系双异质结发光二极管(DH—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MOCVD材料生长有一定的指导意义。     

高Al组分AlGaN多量子阱结构材料发光机制探讨

紫外LED的发光功率和效率还远不能令人们满意,波长短于300 nm的深紫外LED的发光效率普遍较低。厘清高Al组分Al Ga N多量子阱结构的发光机制将有利于探索改善深紫外LED的发光效率的新途径、新方法。为此,本文通过金属有机气相外延技术外延生长了表面平整、界面清晰可辨且陡峭的高Al组分AlGa N多量子阱结构材料,并对其进行变温光致发光谱测试,结合数值计算,深入探讨了Al Ga N量子阱的发光机制。研究表明,量子阱中具有很强的局域化效应,其发光和局域激子的跳跃息息相关,而发光的猝灭则与局域激子的解局域以及位错引起的非辐射复合有关。     

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.     

具有高输出功率的多量子阱发光二极管的结构设计

设计了具有高量子效率的发光二极管(LED)芯片。通过采用Mg掺杂的AlInN-InGaN-AlInN作为LED的电子阻挡层,减小由极化引起的静电场,增大电子和空穴波函数的交叠比,从而增大了辐射复合速率。提高辐射复合速率有利于缓解电子泄露问题,增加了LED的发光功率,减小LED在大电流下的效率下降问题。新设计的芯片在大电流注入下,发光功率是传统结构的两倍。     

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     

p-AlGaN电子阻挡层Al组分对Si衬底绿光LED性能影响的研究

在Si(111)衬底上利用MOCVD方法生长了具有不同Al组分p-AlGaN电子阻挡层的绿光InGaN/GaN LED结构,并对其光电性能进行了研究.结果表明,不同Al组分样品的量子效率随电流密度的变化规律呈现多样性.在很低电流密度范围,LED量子效率随Al组分升高而下降;在较高电流密度范围,LED量子效率随Al组分升高而升高,即此时缓解了量子效率随电流密度增大而衰退的速率(即droop效应);但随着电流密度的进一步升高,反而加快了量子效率衰退的速率.这些现象解释为不同Al组分的p-AlGaN对空穴和电子 关键词： 氮化镓 p-AlGaN 绿光LED 量子效率     

白光照明LED灯温度特性的研究

分析了荧光粉转换型白光LED照明光源色坐标、显色指数、色温和发光效率与驱动电流和温度的关系。驱动电流的增加将引起蓝光波峰的长移，并随电流的增大而增大；但其对色坐标、色温和显色指并未引起较大的变化，而发光效率发生下降，主要原因为蓝光波峰的红移导致荧光粉与激发波长的不匹配，引起荧光粉发光效率的下降，这个现象在不同环境温度下的发光也得到证实，实验结果认为LED的驱动电流为20mA，温度低于50℃时具有较好的发光效率，而显色指数要通过增加红色成分来改善。     

红光量子点掺杂PVK体系的发光特性研究

无热处理制备了红光CdSe/ZnS量子点掺杂PVK的ITO/PVK:QDs/Alq3/Al结构电致发光器件.测试器件的发光光谱和电学特性等,研究了掺杂浓度(质量分数)对体系发光特性的影响,将非掺杂与掺杂体系做了比较,提出了优化掺杂体系的一些可行方案.量子点掺杂浓度较低时,主要为Alq3的发光;掺杂浓度为20%时,Alq3的发光得到抑制,红光发射最佳;继续增大掺杂浓度,QDs发光峰发生微弱红移,器件性能变差.与非掺杂体系相比,掺杂浓度合适的PVK:QDs体系大大提高了器件的稳定性.     

一种采用Li3N掺杂电子注入层的底发射倒置结构OLED的制备

采用Li3N掺杂电子注入层Alq3∶Li3N,制作了一种结构为ITO/Alq3 Alq3∶Li3N/Alq3/NPB/MoO3/Al的倒置底发射有机发光器件.其中ITO玻璃作为透明阴极,金属Al作为顶部阳极,在ITO阴极与电子传输层之间加入Li3N n型掺杂层,改善了该器件的电子注入和传输能力|在Al阳极与空穴传输层之间加入MoO3缓冲层,降低了Al阳极与NPB之间较大的空穴注入势垒,改善了空穴注入能力.实验表明:此结构的倒置底发射有机发光器件性能可达到传统结构的常用有机发光器件如ITO/NPB/Alq3/LiF/Al的性能,完全可以满足非晶硅薄膜晶体管有源有机发光器件中驱动电路的匹配及性能要求.     

Na_4Ca_4Al_6Si_9O_(24)∶Ce~(3+),Tb~(3+)荧光粉合成及其能量传递研究（英文）

天然方柱石是一种典型的硅酸盐类的发光矿石,针对天然高发光效率方柱石的生成条件及化学成份,采用高温固相法在1 100℃弱还原气氛下合成了Na4Ca4Al6Si9O24(方柱石),并合成了一系列掺杂Ce3+,Tb3+的荧光粉,对其晶体结构做了讨论。通过分别对单掺Ce3+,Tb3+和共掺Ce3+,Tb3+样品发光性质的研究,发现共掺杂的样品其在545nm处由于Tb3+的5 D+4→7 F5跃迁发光强度远远大于单掺Tb3的样品。最后通过掺杂不同浓度Ce3+样品发光性质的研究,以及其荧光寿命和能量传递机理分析,结果表明随着Ce3+掺杂浓度的变化,样品的Tb3+的5 D7 4→F5跃迁(545nm)发光强度及寿命也随着变化,并发现Ce3+对Tb3+存在能量传递,且当Ce3+和Tb3+的质比为0.02∶0.03时能量传递效率最高。通过色坐标的测量,发现随着Ce3+浓度的改变,样品的发光可在绿色区域进行调节。因此,认为Na4Ca4Al6Si9O24∶Ce3+,Tb3+荧光粉有望成为新型白光LED荧光粉。     

掺杂型红色有机电致发光显示器件

全色显示是有机电致发光显示(OLED)器件发展的目标,而高性能红色发光器件一直是制约全彩色OLED器件实用化的瓶颈,也是目前有机电致发光显示研究的热点。制作了掺杂DCJTB和不同浓度的rubrene两种荧光染料的红色有机电致发光显示器件,以NPB和Alq₃分别作为空穴传输层和电子传输层,发现器件性能与只掺杂DCJTB的器件相比有明显提高,发光效率提高到2～3倍。通过Frster理论和能带理论分析了器件的能量转移机理,研究发现Frster能量转移不是掺杂器件能量转移的主要形式,载流子俘获机制才是器件效率提高的主要原因;rubrene的引入使得能量能够更有效地从Alq₃转移到DCJTB,从而显著地提高了器件的发光效率和性能。     

基于液滴外延技术变Al、Ga组分对GaAs表面液滴生长形貌的影响

液滴外延技术不仅适用于晶格失配,也适用于晶格匹配材料系统,且易于制备低维半导体结构,如低密度量子点、环等.本文研究了液滴外延法在GaAs表面进行不同Al、Ga组分的量子点生长.在实验中用反射式高能电子衍射仪(Reflection High Energy Electron Diffraction, RHEED)对样品进行原位监控.通过控制Al、Ga液滴的沉积速率来控制液滴同时沉积在衬底上形成的组分.研究发现,随着Al组分的增加,量子点逐渐变得密集,润湿角变低.在Al组分增高超过0.5之后,出现了大小不一的量子点,且量子点密度出现指数型增长.对此进行研究分析,给出了一个经验公式,并就现象进行了解释.     

Impact of AlxGa1-xN barrier thickness and Al composition on electrical properties of ferroelectric HfZrO/Al2O3/AlGaN/GaN MFSHEMTs

Ferroelectric (FE) HfZrO/Al$_{2}$O$_{3}$ gate stack AlGaN/GaN metal-FE-semiconductor heterostructure high-electron mobility transistors (MFSHEMTs) with varying Al$_{x}$Ga$_{1-x}$N barrier thickness and Al composition are investigated and compared by TCAD simulation with non-FE HfO$_{2}$/Al$_{2}$O$_{3}$ gate stack metal-insulator-semiconductor heterostructure high-electron mobility transistors (MISHEMTs). Results show that the decrease of the two-dimensional electron gas (2DEG) density with decreasing AlGaN barrier thickness is more effectively suppressed in MFSHEMTs than that in MISHEMTs due to the enhanced FE polarization switching efficiency. The electrical characteristics of MFSHEMTs, including transconductance, subthreshold swing, and on-state current, effectively improve with decreasing AlGaN thickness in MFSHEMTs. High Al composition in AlGaN barrier layers that are under 3-nm thickness plays a great role in enhancing the 2DEG density and FE polarization in MFSHEMTs, improving the transconductance and the on-state current. The subthreshold swing and threshold voltage can be reduced by decreasing the AlGaN thickness and Al composition in MFSHEMTs, affording favorable conditions for further enhancing the device.     

Alloy disorder scattering limited mobility of two-dimensional electron gas in the quaternary AlInGaN/GaN heterojunctions

Nitride heterojunction field effect transistors (HFETs) with quaternary AlInGaN barrier layers have achieved remarkable successes in recent years based on highly improved mobility of the two-dimensional electron gases (2DEGs) and greatly changed AlInGaN compositions. To investigate the influence of the AlInGaN composition on the 2DEG mobility, the quaternary alloy disorder (ADO) scattering to 2DEGs in AlInGaN/GaN heterojunctions is modeled using virtual crystal approximation. The calculated mobility as a function of AlInGaN alloy composition is shown to be a triangular-scarf-like curved surface for both cases of fixed thickness of AlInGaN layer and fixed 2DEG density. Though the two mobility surfaces are quite different in shape, both of them manifest the smooth transition of the strength of ADO scattering from quaternary AlInGaN to ternary AlGaN or AlInN. Some useful principles to estimate the mobility change with the Al(In,Ga)N composition in Al(In,Ga)N/GaN heterojunctions with a fixed 2DEG density are given. The comparison between some highest Hall mobility data reported for Al_xGa_1−xN/GaN heterojunctions (x=0.06~0.2) at very low temperature (0.3~13 K) and the calculated 2DEG mobility considering ADO scattering and interface roughness scattering verifies the influence of ADO scattering. Moreover, the room temperature Hall mobility data of Al(In,Ga)N/AlN/GaN heterojunctions with ADO scattering eliminated are summarized from literatures. The data show continuous dependence on Hall electron density but independence of the Al(In,Ga)N composition, which also supports our theoretical results. The feasibility of quaternary AlInGaN barrier layer in high conductivity nitride HFET structures is demonstrated.     

Al组分对MOCVD制备的AlxGa1-xN/AlN/GaN HEMT电学和结构性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同Al组分（x=0.19,0.22,0.25,0.32）的Al_xGa_1-xN/AlN/GaN 结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）材料。研究了Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分对HEMT材料电学性质和结构性质的影响。研究结果表明,在一定的Al组分范围内,二维电子气（2DEG）浓度和迁移率随着Al组分的升高而增大。然而,过高的Al组分导致HEMT材料表面粗糙度增大,2DEG迁移率降低,该实验现象在另一方面得到了原子力显微镜测试结果的验证。在最佳Al组分（25%）范围内,获得的 HEMT材料的2DEG浓度和室温迁移率分别达到1.2×10¹³ cm^-2和1 680 cm²/（V·s）,方块电阻低至310 Ω/□。     

Plasma parameters within the cathode spot of the vacuum arc

The composition of the vacuum arc plasma for five elements (Cd, Mg, Al, Ni, and Mo) is calculated by the Saha equation, which assumes local thermodynamic equilibrium conditions within the ionization region of the cathode spot(s). The lowering of the ionization potential due to the high density of charged particles is considered. By matching the computed and the measured plasma ionic composition, the electron density and the temperature are estimated. The experimental plasma compositions can be approximated only at a high electron density (10¹⁹-10 ²¹ cm^-3) and at electron temperatures in the range of a few electronvolts     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

Al_xIn_(1-x)As电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,对各组分Al_xIn_(1-x)As(x为0～1)的晶体结构,电子结构和光学性质进行了第一性原理计算.结果显示,随Al组分x增加,Al_xIn_(1-x)As晶体各键长将缩短,键角发生变化,晶胞体积也将减小,晶格常数的变化符合Vegard定律.另外,随着Al组分x的增加,Al_xIn_(1-x)As的禁带宽度变宽,且能带有从直接带隙结构转变为间接带隙结构的趋势.具有较高In组分的Al_xIn_(1-x)As晶体在可见光区域中的光吸收能力更强,光谱响应范围更大.