p型氮化镓的低温生长及发光二极管器件的研究

采用金属有机物化学气相淀积技术(MOCVD)在蓝宝石衬底上低温(870—980℃)生长p型氮化镓 (p-GaN).用Hall测试仪测量材料的电学性能，发现当温度低于900℃时，材料的电阻率较高 ；在900—980℃均可获得导电性能良好的p-GaN.另外，电导性能除与掺杂浓度有关，还与p- GaN生长条件有关，氮镓摩尔比过低导电性能就较差，过高则会引起表面粗糙.采用优化后的 p-GaN制作了绿光发光二极管器件，发现生长温度越低器件发光强度越高，反向电压也越高 ，但正向电压只是略有升高. 关键词： Ⅲ-Ⅴ族半导体 氮化镓 发光二极管 金属有机物化学气相淀积     

氮化镓基蓝光发光二极管伽马辐照的1/f噪声表征

通过电离辐照对氮化镓基蓝光发光二极管器件有源区光/暗电流产生机制的研究, 建立了电离辐照减小发光二极管有效输出功率电学模型.通过电离辐照对氮化镓基蓝光发光 二极管器件有源区1/f噪声影响机制的研究, 建立了电离辐照增大发光二极管1/f噪声的相关性模型.在I < 1 μA 的小注入区,空间电荷区的复合电流随辐照剂量的增加而增加. 同时, 随着电离辐照产生缺陷的增加, 1/f噪声幅度增大. 在 I> 1 mA 的大注入条件下, 由于串联电阻的影响占主导地位,表面复合速率和电流随辐照剂量的增加而增加.同时, 随着电离辐照产生缺陷的增加, 1/f噪声幅度增大.根据辐照前后电流电压试验结果噪声测试结论, 证实了实验结论与理论推导结果的一致性. 在1 μA < I < 5×10^-5 A 的中值电流情况下, 由于高能载流子散射相关的迁移率涨落与辐照新增缺陷引起的载流子数涨落竞争机制, 随着辐照剂量增大, 1/f噪声在频域变化没有明显规律. 但是, 通过1/f噪声时域多尺度熵复杂度分析方法, 得出随着辐照剂量增大, 1/f噪声时域多尺度熵复杂度的结果. 最终证实1/f噪声幅度可以敏感地反映小注入和大注入情况下氮化镓基蓝光发光二极管电离辐照的可靠性. 噪声幅值越大, 则说明辐照感应N_it越高, 暗电流相关的复合电流越大, 光电流相关的扩散电流比例减少, 使得器件发光效率、光输出功率等性能参数下降, 继而影响器件可靠性, 造成失效率显著增大. 1/f噪声时域多尺度熵复杂度可以敏感地反映中值电流情况下氮 化镓基蓝光发光二极管的电离辐照可靠性.多尺度熵复杂度越大, 则说明辐照感应越多, 复合电流越大,器件可靠性越差.本文结论提供了一种基于 1/f噪声的氮化镓基蓝光发光二极管电离辐照可靠性表征方法. 关键词： f噪声')" href="#">1/f噪声 电离辐照 氮化镓基蓝光发光二极管     

用X射线衍射法测定氮化镓马赛克结构中的面内扭转角

Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料在发光二极管、激光器和探测器方面有着广泛的应用,采用高分辨X射线衍射来测定用金属有机化学气相沉淀法在蓝宝石衬底上生长的氮化镓外延层马赛克结构的扭转角,分别研究了(0002)、(1013)、(1012)、(1011)、(2021)五个面的X射线摇摆曲线,并且用Pseudo-Voigt方程拟合每一个面的摇摆曲线,我们利用外推法很方便地测得氮化镓外延薄膜的面内扭转角。另外我们采用同步辐射X射线掠入射衍射对样品进行(1100)面反射φ扫描直接测得面内扭转角,对第一种方法进行验证,两种方法测量结果相同。从而提供一种简单、方便的GaN外延层的面内扭转角的测试方法,为深入研究GaN材料奠定良好基础。     

梯度铝镓氮缓冲层对氮化镓外延层性质的影响

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层,并通过改变3层梯度铝镓氮(Al_xGa_(1-x)N:x=0.8,0.5,0.2)缓冲层的生长温度和氨气流量,制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明,随着氮化镓外延层中张应力的降低,样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下,氮化镓外延层中的应力值最小,氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec,薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×10~7cm~(-2)和3.1×108cm~(-2),样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态,显著提高氮化镓外延层的晶体质量。     

氮化镓基发光二极管产业化中的材料物理问题

第三代半导体氮化镓化合物半导体已成为蓝光发光二极管的主流材料,国际上的产业化已成规模,国内也有多家处于中试阶段,由于氮化镓基材料中有如此多的问题没有解决,材料制备设备,器件工艺也极需改进及优化,这既给了中国科研人员及工程技术人员一个机遇,也使他们面临着严峻的挑战.     

新型氮化镓发光二极管

美国IBM公司试制了一种氮化镓发光二极管,结构如下: 1.衬底——无势垒的硅衬底,P型电导。 2.氮化镓层——半绝缘,具有高比电阻(10~7欧姆/厘米),用阴极溅射法镀在硅衬底上,厚500～3000A 3.SiO_2膜——1000～3000(?)厚,开一窗口,窗口形状按需要而定,用腐蚀法做成。 4.透明电极——氮化铟,重掺杂锡。1000～5000(?)厚。     

牺牲Ni退火对硅衬底GaN基发光二极管p型接触影响的研究

本文通过在硅衬底发光二极管(LED)薄膜p-GaN表面蒸发不同厚度的Ni覆盖层,将其在N₂ ∶O₂=4 ∶1的气氛中、400℃—750℃的温度范围内进行退火,在去掉薄膜表面Ni覆盖层之后制备Pt/p-GaN欧姆接触层.实验结果表明:退火温度和Ni覆盖层厚度均对硅衬底GaN基LED薄膜p型欧姆接触有重要影响,Ni覆盖退火能够显著降低p型层中Mg受主的激活温度.经牺牲Ni退火后,p型比接触电阻率随退火温度的升高呈先变小后变大的规律,随Ni覆盖层厚度的增加呈先变小后变 关键词： 氮化镓 发光二极管 牺牲Ni退火 p型接触     

CVD法制备硅基氮化镓薄膜

利用化学气相沉积法(CVD),分别以三氧化二镓(Ga₂O₃)和氨气(NH₃)为镓源和氮源在硅衬底合成了一种由片状微晶构成的氮化镓(GaN)薄膜,实验中没有使用缓冲层。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、电子能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、高分辨电镜(HRTEM)和光致发光谱(PL)对样品进行分析,生成物为质量较好的富镓的纯氮化镓薄膜。片状氮化镓微晶表面大小约数百纳米,厚度数十纳米,薄膜表面平整、致密,没有裂纹或龟裂现象,与Si衬底结合紧密。氮化镓薄膜的带边峰位于367nm处,同时出现了黄光发射峰。并对此种氮化镓薄膜的生长机理进行了探讨。     

非故意掺杂GaN层厚度对蓝光LED波长均匀性的影响

通过调整非故意掺杂氮化镓层的厚度,分析氮化镓基LED外延生长过程中应力的演变行为,以控制外延片表面的翘曲程度,从而获得高均匀性与一致性的外延片。由于衬底与外延层之间的热膨胀系数差别较大,在生长温度不断变化的过程中,外延片的翘曲状态也随之改变。在n型氮化镓生长结束时,外延片处于凹面变形状态。在随后的过程中,外延薄膜"凹面"变形程度不断减小,甚至转变为"凸面"变形,所以n型氮化镓生长结束时外延片的变形程度会直接影响多量子阱沉积时外延片的翘曲状态。当非掺杂氮化镓沉积厚度为3.63μm时,外延片在n型氮化镓层生长结束时变形程度最大,在沉积多量子阱时表面最为平整,这与PLmapping测试所得波长分布以及标准差值最小相一致。通过合理控制非故意掺杂氮化镓层的厚度以调节外延层中的应力状态,可获得均匀性与一致性良好的LED外延片。     

高效氮化稼发光二极管

法国冈市的RTC实验室和应用物理及电子学实验室联合研制成功高效的绿色和蓝色氮化镓(GaH)发光二极管。在蓝宝石衬底上相继生长n型掺杂的GaN层和p型掺杂的GaN层。制得的蓝色发光二极管外     

Different variation behaviors of resistivity for high-temperature-grown and low-temperature-grown p-GaN films

Two series of p-GaN films grown at different temperatures are obtained by metal organic chemical vapor deposition(MOCVD). And the different variation behaviors of resistivity with growth condition for high- temperature(HT)-grown and low-temperature(LT)-grown p-GaN films are investigated. It is found that the resistivity of HT-grown p-GaN film is nearly unchanged when the NH_3 flow rate or reactor pressure increases. However, it decreases largely for LT-grown p-GaN film.These different variations may be attributed to the fact that carbon impurities are easy to incorporate into p-GaN film when the growth temperature is low. It results in a relatively high carbon concentration in LT-grown p-GaN film compared with HT-grown one. Therefore, carbon concentration is more sensitive to the growth condition in these samples, ultimately,leading to the different variation behaviors of resistivity for HT- and LT-grown ones.     

ITO界面调制层对GZO电极LED器件性能的影响

采用磁控溅射制备GZO和具有ITO界面调控层的GZO(ITO/GZO)透明导电薄膜作为大功率LED的电流扩散层,对比研究界面调控层对LED器件性能的影响。研究结果表明,ITO/GZO薄膜的透过率在可见光区达80%以上,退火后的ITO/GZO薄膜有较低的电阻率(1.15×10^-3 Ω·cm)。ITO调控层的介入能够调制GZO表面粗糙度,有利于改善LED外量子效率,降低GZO/p-GaN界面的接触势垒,提高LED器件的光电性 能。通过ITO界面调控后,LED器件20 mA驱动电流下的工作电压从9.5 V降低为6.8 V,发光强度从245 mcd 升到297 mcd,提高了20%;驱动电流为35 mA时,其发光强度从340.5 mcd 升到511 mcd,提高了50%。     

AgO_x界面插入层对GZO电极LED器件性能的影响

采用磁控溅射的方法在p-GaN上制备了GZO透明导电薄膜,通过在p-GaN和GZO界面之间插入AgOx薄层来改善LED器件的接触性能。研究结果表明:氮气退火后,采用界面插入层的AgOx/GZO薄膜电阻率为5.8×10-4Ω.cm,在可见光的透过率超过80%。AgOx界面插入层有效地降低了GZO与p-GaN之间的接触势垒,表现出良好的欧姆接触特性,同时使LED器件的光电性能获得了显著的提高。在50 mA的注入电流下,相比于常规的GZO电极LED器件,AgOx/GZO电极LED器件的正向电压由9.68 V降至6.92 V,而发光强度提高了13.5%。     

Solution-based growth of ZnO nanorods for light-emitting devices: hydrothermal vs. electrodeposition

ZnO nanorods have been grown by two inexpensive, solution-based, low-temperature methods: hydrothermal growth and electrodeposition. Heterojunction n-ZnO nanorods/p-GaN light-emitting diodes have been studied for different nanorod growth methods and different preparation of the seed layer. We demonstrate that both the nanorod properties and the device performance are strongly dependent on the growth method and seed layer. All the devices exhibit light emission under both forward and reverse bias, and the emission spectra can be tuned by ZnO nanorod deposition conditions. Electrodeposition of rods or a seed layer results in yellow emission, while conventional hydrothermal growth results in violet emission.     

Effect of Mg-Preflow for p-AlGaN Electron Blocking Layer on the Electroluminescence of Green LEDs with V-Shaped Pits

In GaN-based green light-emitting diodes(LEDs) with and without Mg-preflow before the growth of p-Al GaN electron blocking layer(EBL) are investigated experimentally.A higher Mg doping concentration is achieved in the EBL after Mg-preflow treatment,effectively alleviating the commonly observed efficiency collapse and electrons overflowing at cryogenic temperatures.However,unexpected decline in quantum efficiency is observed after Mg-preflow treatment at room temperature.Our conclusions are drawn such that the efficiency decline is probably the result of different emission positions.Higher Mg doping concentration in the EBL after Mg-preflow treatment will make it easier for a hole to be injected into multiple quantum wells with emission closer to pGaN side through the(8-plane rather than the V-shape pits,which is not favorable to luminous efficiency due to the preferred occurrence of accumulated strain relaxation and structural defects in upper QWs closer to p-GaN.Within this framework,apparently disparate experimental observations regarding electroluminescence properties,in this work,are well reconciled.     

色坐标对白光LED光通量的影响

研究了在蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法中,色坐标位置对光通量的影响。在同样蓝光功率条件下,我们对标准白光点(色坐标x=0.33±0.05,y=0.33±0.05)附近不同色坐标位置的光通量进行了计算。假设(0.325,0.332)位置流明效率为100 lm/W,计算得出,最大光通量对应的色坐标位置为(0.35,0.38),光通量为112 lm;最小光通量对应的色坐标位置为(0.29,0.28),光通量为93.5 lm。相对于100 lm的变化幅度达到18.5%。通过与实验数据的对比和分析,进一步验证了白光LED光通量随色坐标增大而增加的这一趋势。     

用图像数字化处理技术测试LED的光参数

由于LED的光比较微弱、体积小,所以在用常规的方法进行测试和使用较大的传感器时,容易产生较大的误差。为此,利用图像数字化处理技术及相应的装置对LED的配光曲线和光通量进行了测试,并介绍了它的基本原理和方法。     

用瞬态电容谱法研究GaAs1-xPxLED深能级及其对发光的影响

本文利用瞬态电容潜(DLTS)法测量了不同效率的GaAsxPxLED的深能级浓度、深度、俘获截面.发现效率高LED仅有一个明显的电子深能级△En=0.15eV和一个很弱的△En=0.33eV电子深能级,它们的俘获截面都小于1.5×10-14cm2,总的能级浓度小,约为1.4×1015cm-3.效率差的两只LED一般除有两个以上的电子能级还有两个空穴能级,它们的俘获截面甚至大到2.2×10-12和1.3×10-13cm2;从DLTS图还可以发现谱峰高而宽,说明杂质浓度大,总浓度分别为6.3×1015cm-3和3.4×1015cm-3.讨论了深能级对发光效率的影响.     

表面贴装封装发光二极管的结构设计

为了提高表面贴片封装(SMD)发光二极管(LED)封装结构的封装效率,根据LED的光学结构和性质,建立了简化的SMD LED封装结构模型,并实现了LED封装结构的连续自动生成、仿真和优化。仿真结果表明:在色温相同的条件下,光通量和辐射通量呈线性关系,侧壁的改变会造成白光光通量先增加后减少的趋势。通过对3款不同侧壁张角的LED进行测试,测试结果与仿真结果光通量趋势相同,并得到了对于这种封装方式的最佳侧壁张角为60°的结论,验证了仿真的正确性。