顶端ZnO纳米结构对GaN基LED光提取效率的影响

为了提高GaN基蓝光LED的光提取效率,本文建立了LED顶面分别铺设ZnO纳米柱和纳米锥结构的两种模型,利用时域有限差分法对两种模型进行仿真并对结果进行了比较.仿真结果表明,ZnO纳米结构的各项几何结构参量(包括排列周期P、高度L、宽度W以及斜率k等),对LED顶端光提取效率影响显著.仿真分别得到了两种结构的最佳模型,通过比较,LED顶面纳米柱和纳米锥结构对光提取效率的提高效果相近,其最佳提取效率分别增强至无任何结构时的2.5倍和2.3倍.同时,通过对各项参量扫描获得的对光提取效率的变化曲线进行了分析,并给出了相应相应的理论解释.这些模型优化和理论分析对实际的高性能GaN基LED的设计制造有着指导意义.     

顶端ZnO纳米结构对GaN基LED光提取效率的影响

为了提高GaN基蓝光LED的光提取效率,本文建立了LED顶面分别铺设ZnO纳米柱和纳米锥结构的两种模型,利用时域有限差分法对两种模型进行仿真并对结果进行了比较.仿真结果表明,ZnO纳米结构的各项几何结构参量(包括排列周期P、高度L、宽度W以及斜率k等),对LED顶端光提取效率影响显著.仿真分别得到了两种结构的最佳模型,通过比较,LED顶面纳米柱和纳米锥结构对光提取效率的提高效果相近,其最佳提取效率分别增强至无任何结构时的2.5倍和2.3倍.同时,通过对各项参量扫描获得的对光提取效率的变化曲线进行了分析,并给出了相应相应的理论解释.这些模型优化和理论分析对实际的高性能GaN基LED的设计制造有着指导意义.     

GaN基纳米阵列LED器件制备及发光特性

为了降低GaN材料中因应变诱导的量子斯托克斯效应,增加器件有源区内的电子-空穴波函数在实空间的交叠从而提高GaN基LEDs的发光效率,采用紫外软压印技术制备了均匀的周期性纳米柱阵列结构,结合常规LED器件微加工技术获得了In GaN/GaN基蓝光与绿光纳米阵列LED器件并对其进行了表征分析。结果表明:纳米柱阵列LED器件具有均匀的发光和稳定的光电性能。纳米结构不仅有效缓解了量子阱中的应力积累(弛豫度~70%),提高了器件的辐射复合几率和出光效率,同时结合纳米柱侧壁的化学钝化处理进一步降低了器件有源区的缺陷密度,显著降低了LED器件的漏电流(~10-7),最终提高了器件的发光效率。     

纳米半球微镜阵列结构对GaN基LED光提取效率的影响

为了分析表面纳米半球微镜结构对GaN基发光二极管（LED)光提取效率的影响,利用时域有限差分法(FDTD)分别对GaN、ZnO、SiO2、聚苯乙烯组成的半球微镜结构进行了分析和比较,同时用模式分析方法从理论上对FDTD计算结果进行了进一步验证。研究发现,在亚波长范围,折射率较小的材料不利于导模与表面结构层的耦合,不会对光提取效率的提高产生明显影响。相比之下,折射率较大的材料会使更多的模式耦合到半球微镜阵列层,更有利于光提取效率的提高;当材料选定,纳米半球半径增加时,光提取效率也逐渐增加,优化后半径为600 nm的半球微镜阵列结构GaN基LED,其光提取效率比没有结构的普通平板LED增强5.66倍,在以上波导材料结构中最为优化。在此基础上,通过等效折射率的计算得到半球微镜结构的等效折射率模型,并利用非对称平板模式分析的办法对以上得到的结论进行了分析和验证。这些结果对实际的高性能GaN基LED的设计与优化具有重要意义。     

SiO2图形化蓝宝石衬底对GaN生长及LED发光性能的影响

为了提高氮化镓(GaN)基发光二极管(LEDs)的发光性能,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在蓝宝石衬底上沉积SiO_2薄膜,经过光刻和干法刻蚀技术制备了SiO_2图形化蓝宝石衬底(SiO_2 patterned sapphire substrate, SPSS),利用LED器件的外延生长和微纳加工技术获得了基于SPSS的GaN基LED器件。通过分析GaN外延层晶体质量、光提取效率和LED器件性能,重点研究了SPSS对GaN生长及LED发光性能的影响。实验及模拟仿真结果表明,与常规图形化蓝宝石衬底(Conventional patterned sapphire substrate, CPSS)相比,SPSS上生长的GaN外延层位错密度较低,晶体质量较高,SPSS-LED的光提取效率提高26%、光输出功率和亮度均提高约5%。     

表面为二维光子晶体结构的AlGaInP系发光二极管的研究

近年来,GaN基光子晶体发光二极管(light emitting diode,LED)的研究已经取得了一定的进展,利用光子晶体的光子带隙效应和光栅衍射原理,在LED上制作光子晶体结构将会提高出光效率.本文为了提高AlGaInP系LED的光提取效率,分析了常规LED光提取效率受到限制的原因,将光子晶体结构引入了AlGaInP系LED的器件结构设计,通过理论分析与实验验证,结果显示:光子晶体结构对于提高AlGaInP系LED的光提取效率同样起到了明显的效果,引入光子晶体后,LED的输出光强比常规结构LED平均 关键词： AlGaInP系LED 光子晶体 光提取效率 光强     

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...     

GaN基LED倒装芯片蓝宝石衬底半球型图形优化设计

为了提高GaN基LED芯片的光提取效率,以GaN基LED芯片为研究对象,建立了在蓝宝石衬底出光面和外延生长面上具有半球型图形的LED倒装芯片模型,并利用光学仿真软件对图形参数进行优化设计.实验结果表明:在蓝宝石衬底的出光面和外延生长面双面都制作凹半球型图形对芯片光提取效率的提高效果最好,并且当半球的半径为3 μm,周期间距为7 μm时,GaN基LED倒装芯片的最大光提取效率为50.8％,比无图形化倒装芯片的光提取效率提高了115.3％.     

GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒对发光二极管内量子效率的影响

GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒结构能有效提高发光二极管(LED)器件内量子效率,缓解LED效率随输入电流增大而衰减的问题.本文综述了该结构及其结构变化——In组分梯度递增以及渐变、GaN/In_xGa_(1-x)N界面极化率改变等对改善LED器件性能的影响及优势,归纳总结了不同结构的GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子垒的工作机理,阐明极化反转是该结构提高LED性能的根本原因.在综述该结构发展的基础之上,通过APSYS仿真计算,进一步探索和深入分析了该结构中In_xGa_(1-x)N层的In组分及其厚度变化对LED内量子效率的影响.结果表明:In组分的增加有助于在GaN/In_xGa_(1-x)N界面产生更多的极化负电荷,增加GaN以及电子阻挡层处导带势垒高度,减少电子泄漏,从而提高LED的内量子效率;但GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒中In_xGa_(1-x)N及GaN层厚度的变化由于会同时引起势垒高度和隧穿效应的改变,因而In_xGa_(1-x)N和GaN层的厚度存在一个最佳比值以实现最大化的减小漏电子,提高内量子效率.     

异质结型CuO/ZnO复合纳米线的制备及光催化性能

在室温下,通过溶液法在Cu衬底上制备了CuO纳米线,然后采用溶剂热法在CuO纳米线表面生长ZnO纳米颗粒以构建CuO/ZnO复合纳米线异质结构。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析了样品的形貌、结构和元素组成。结果显示CuO/ZnO复合纳米线由ZnO纳米颗粒和CuO纳米线组成。在模拟太阳光照射下,以亚甲基蓝溶液为模拟污染物研究了样品的光催化性能。结果表明,相比纯CuO纳米线,CuO/ZnO复合纳米线能够使亚甲基蓝溶液的光降解效率达到40%,在相同条件下具有更优异的光催化活性。光催化机理研究表明CuO/ZnO纳米复合材料光催化活性的增强主要是由于CuO与ZnO结合形成的p-n异质结有效促进了光生载流子的分离。     

Surface spherical crown arrays structure increases GaN-based LED efficiency

To increase the light extraction efficiency of GaN-based light-emitting diode (LED) with nano-spherical hexagonal arrays, the finite-difference time-domain method was used to optimize the structure parameters such as radius and height of GaN, $\text{ SiO}_{2}$ and ZnO spherical crown. The light extraction efficiency (LEE) of the GaN spherical crown hexagonal arrays with a radius of 473 nm and a height of 250 nm over the LED surface exhibited 5.7 times the enhancement compared with that of the planar LED, and better than the LEE of the same type of structures with other parameters.     

Heterojunction light emitting diodes fabricated with different n-layer oxide structures on p-GaN layers by magnetron sputtering

We grew heterojunction light emitting diode (LED) structures with various n-type semiconducting layers by magnetron sputtering on p-type GaN at high temperature. Because the undoped ZnO used as an active layer was grown under oxygen rich atmosphere, all LED devices showed the EL characteristics corresponding to orange-red wavelength due to high density of oxygen interstitial, which was coincident with the deep level photoluminescence emission of undoped ZnO. The use of the Ga doped layers as a top layer provided the sufficient electron carriers to active region and resulted in the intense EL emission. The LED sample with small quantity of Mg incorporated in MgZnO as an n-type top layer showed more intense emission than the LED with ZnO, in spite of the deteriorated electrical and structural properties of the MgZnO film. This might be due to the improvement of output extraction efficiency induced by rough surface.     

电致发光的完全悬空超薄硅衬底氮化镓基蓝光LED器件的制备与表征

为提升硅衬底氮化镓基LED(发光二极管)器件的光电性能和出光效率,本文提出了一种利用背后工艺实现的悬空薄膜蓝光LED器件。结合光刻工艺、深反应离子刻蚀和电感耦合等离子体反应离子刻蚀的背后工艺,制备了发光区域和大部分正负电极区域的硅衬底完全掏空,并减薄大部分氮化镓外延层的悬空薄膜LED器件。对悬空薄膜LED器件进行三维形貌表征,发现LED悬空薄膜表面平坦,变形程度小,证明背后工艺很好地解决了氮化镓外延层和硅衬底之间由于应力释放造成的薄膜变形问题。表征了LED器件的电流电压曲线和电致发光光谱等光电特性,对不同结构、不同发光区域尺寸的LED器件进行对比,发现悬空薄膜LED器件的光电性能和出光效率比普通LED器件更优越,且发光区尺寸变化对LED器件性能的影响更明显。在15 V驱动电压下,与普通LED器件相比,发光区直径为80μm的悬空LED器件的电流从4.3 mA提升至23.9 mA。在3 mA电流的驱动下,峰值光强提升了约5倍,而发光区直径为120μm的悬空器件与发光区直径为80μm的悬空器件相比,出光效率提升更为明显。本研究为发展高性能悬空氮化物薄膜LED器件提供了更多可能性。     

Improvement of GaN light-emitting diodes with surface-treated Al-doped ZnO transparent Ohmic contacts by holographic photonic crystal

This letter presents a holographic photonic crystal (H-PhC) Al-doped ZnO (AZO) transparent Ohmic contact layer on p-GaN to increase the light output of GaN-based LEDs without destroying the p-GaN. The operating voltage of the PhC LEDs at 20 mA was almost the same as that of the typical planar AZO LEDs. While the resultant PhC LED devices exhibited significant improvements in light extraction, up to 1.22 times that of planar AZO LEDs without PhC integration. Temperature dependence of the integrated photoluminescence intensity indicates that this improvement can be attributed to the increased extraction efficiency due to the surface modification. These results demonstrate that the surface-treated AZO layer by H-PhCs is suitable for fabricating high-brightness GaN-based LEDs.     

有机-ZnO纳米线混合光电二极管特性

采用水热法制备了1维ZnO纳米线,并通过改变ZnO纳米线的取向（横向和竖直）和不同的P型半导体材料,制备了不同的有机-ZnO纳米线混合光电二极管。通过改变光照与非光照的条件下并在光照条件下改变光电二极管与光源的距离,对所制备的光电二极管的相关特性进行研究。结果表明:采用水热技术能够制备高质量的ZnO纳米线;当光电二极管两端通正向电压时,光照时的电流大于非光照时的电流,当通反向电压时,结果则相反;同时,光电流还与光照强度有关,光照强度越大,光电流越大。     

Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管

分别在Si(110)和Si(111)衬底上制备了In Ga N/Ga N多量子阱结构蓝光发光二极管(LED)器件.利用高分辨X射线衍射、原子力显微镜、室温拉曼光谱和变温光致发光谱对生长的LED结构进行了结构表征.结果表明,相对于Si(111)上生长LED样品,Si(110)上生长的LED结构晶体质量较好,样品中存在较小的张应力,具有较高的内量子效率.对制备的LED芯片进行光电特性分析测试表明,两种衬底上制备的LED芯片等效串联电阻相差不大,在大电流注入下内量子效率下降较小;但是,相比于Si(111)上制备LED芯片,Si(110)上LED芯片具有较小的开启电压和更优异的发光特性.对LED器件电致发光(EL)发光峰随驱动电流的变化研究发现,由于Si(110)衬底上LED结构中阱层和垒层存在较小的应力/应变而在器件中产生较弱的量子限制斯塔克效应,致使Si(110)上LED芯片EL发光峰随驱动电流的蓝移量更小.     

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。     

Improved Light Extraction of GaN-based LEDs with Nano-roughened p-GaN Surfaces

p-GaN surfaces axe nano-roughened by plasma etching to improve the optical performance of GaN-based light emitting diodes （LEDs）. The nano-roughened GaN present a relaxation of stress. The light extraction of the LEDs with nano-roughened surfaces is greatly improved when compared with that of the conventional LEDs without nano-roughening. PL-mapping intensities of the nano-roughened LED epi-wafers for different roughening times present two to ten orders of enhancement. The light output powers are also higher for the nano-roughened LED devices, This improvement is attributed to that nano-roughened surfaces can provide photons multiple chances to escape from the LED surfaces,     

柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响

在柱状图形蓝宝石衬底（PSS-p）和孔状图形蓝宝石衬底（PSS-h）上外延了GaN体材料和LED结构并进行了详细对比和分析.X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）测试结果表明,PSS-h上体材料的晶体质量和表面形貌都优于PSS-p上体材料的特性,通过断面扫面电子显微镜（SEM）照片看出PSS-h上GaN的侧向生长是导致这种差异的原因.另外,基于PSS-p和PSS-h上外延的LED材料制作而成的器件结果表明,其20?mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底（CSS）分别提高了46%和33%.通过变温光荧光 关键词： 蓝宝石图形衬底 氮化镓 发光二极管 侧向生长