非极性GaN薄膜及其衬底材料

本文分析了在不同衬底上生长无极性GaN薄膜的情况,这些衬底主要包括γ-LiAlO2、r面蓝宝石等.通常在蓝宝石上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的,而c轴是GaN的极性轴,导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场,发光效率会因此降低,发展非极性面外延,有望克服这一物理现象,使发光效率提高.     

AlGaN基深紫外发光二极管研究进展

深紫外光源在杀菌消毒、生化检测、紫外固化、紫外通信等方面具有巨大的应用前景,基于AlGaN半导体的深紫外发光二极管(LED)因具有无毒、体积小、能耗低、寿命长、波长可调等优势,得到了广泛的关注和研究.经过近二十年的研究开发,AlGaN基深紫外LED无论是发光效率和器件寿命都得到了巨大的提升,已逐步开始商业化.然而,相对于GaN基蓝光LED,目前AlGaN基深紫外LED的效率仍旧非常低,还有很大的提升空间.本文首先介绍了深紫外LED的发展现状,并分析了导致器件效率低的原因.然后,分别从内量子效率、光提取效率以及电光转换效率三个方面对目前AlGaN基深紫外LED的研究状况进行了系统的回顾,总结了目前提高发光效率的各种手段和方法.最后对AlGaN基深紫外LED的未来发展进行了展望.     

LPE生长GaN的不同极性面的光学性质

极化效应会导致GaN基发光器件的效率降低,因此关于非极性和半极性GaN单晶的研究受到了广泛关注。为了进一步探究不同极性GaN的发光特性和杂质掺入的内在机理,本文利用钠助熔剂法侧向生长出的不同极性面的GaN单晶作为研究对象,对比了不同极性面的光学性质及杂质掺入特点,讨论了黄光带(YL)峰的起源及其影响因素。首先利用阴极荧光(CL)、光致发光(PL)对液相外延(LPE)法生长的不同极性方向的GaN的光学性质进行了研究。结果表明,不同的生长极性面会显露出不同的光学特性。朝着侧向生长的 [1122] 和 [1120] GaN的CL和PL特性相似,但与 [0001] GaN的光谱有较大差异。PL杂质峰包含两个肩峰peak 1(2.2 eV)和peak 2 (2.6 eV),在不同极性面中强度占比各不相同,推测分别与C_NO_N和C_N缺陷的0/+能级的跃迁有关。通过SIMS元素分析,C元素分布较为均匀,O元素分布存在较大差异,在[1122]区域沿着生长方向O含量逐渐增加,结合PL中2.2 eV处峰的强度增加,进一步证明了2.2 eV处的峰强与O含量存在正相关性。     

InGaN/GaN微米阵列结构的生长及发光性能研究

采用金属有机化学气相外延技术,在图形化蓝宝石衬底上通过选区外延可控生长了三种不同形貌的InGaN/GaN微米阵列结构,阵列尺寸均为6 μm。其中,六方片状阵列结构以(0001)c面为主,高度为0.6 μm;六棱台状阵列结构包括一个(0001)c面和六个等效的(10-11)半极性面,高度为1.2 μm;六棱锥状阵列结构以(10-11)半极性面为主,高度为5 μm。采用微区光致发光光谱仪对InGaN/GaN微米阵列结构进行发光性能表征,结果表明不同形貌的InGaN/GaN微米阵列结构都可实现多波长发射;阴极荧光光谱结果表明六棱台状InGaN/GaN阵列结构不同晶面位置处发射的波长明显不同,这主要是由于表面迁移效应和横向气相扩散导致各个位置的In组分不同。InGaN/GaN微米阵列结构的成功制备对实现多彩发射和新型光电子器件设计具有重要意义。     

GaN基蓝绿光激光器发展现状与未来发展趋势

氮化镓(GaN)基蓝光和绿光激光器在投影显示、激光加工、激光照明、存储等领域具有重要的应用前景与广泛的市场需求.本文着重介绍了GaN基蓝光和绿光边发射激光器的技术难点和相应的解决方案.在GaN基蓝光与绿光激光器中,就制备高质量InGaN/GaN多量子阱、减少内部光学损耗、增加空穴注入效率等方面分别介绍了一些结构与工艺方面的优化方法.简要介绍了垂直腔面发射激光器(VCSEL)、分布式反馈激光器(DFB)的研究现状.     

蓝宝石衬底材料的研究及应用进展

蓝宝石因为其生产技术成熟、稳定性好、性价比高而被广泛应用于光电领域,成为GaN基光电器件的主要衬底材料.传统的蓝宝石衬底生长GaN薄膜存在许多问题,如由晶格常数不同产生的晶格失配、热应力失配等,且GaN薄膜结晶质量较差、光线提取效率低.介绍了图形化蓝宝石衬底技术在制作GaN基LED器件中的应用,比较了几种图形化衬底对LED的发光性能的影响.在图形化蓝宝石衬底上采用PVD法生长AlN薄膜,可以降低GaN薄膜的螺旋位错和刃位错、提高MOCVD生长效率、显著提高设备利用率.另外,介绍了蓝宝石衬底在SOS领域的应用,列出了SOS工艺对蓝宝石衬底的具体要求.蓝宝石作为一种重要的衬底材料,未来的发展前景会更加广阔.     

R面、C面蓝宝石上生长的InGaN多层量子点的发光性质研究

采用表面钝化和MOCVD低温生长在蓝宝石(0001)面(即C面)和蓝宝石(1102)面(即R面)上形成了InGaN量子点,并构成了该量子点的多层结构.原子力显微镜测试的结果表明单层InGaN量子点平均宽约40nm,高约15nm;而多层量子点上层的量子点则比单层的InGaN量子点大.R面蓝宝石衬底上生长的InGaN量子点和C面蓝宝石衬底上生长的InGaN量子点相比,其PL谱不仅强度高,而且没有多峰结构.这是由于在C面蓝宝石衬底上生长的InGaN/GaN多层量子点沿生长方向[0001]存在较强的内建电场,而在R面蓝宝石衬底上得到的多层量子点沿着生长方向[1120]没有内建电场.InGaN量子点变温光致发光(PL)谱研究发现量子点相关的峰有快速红移现象,这是量子点系统所特有的PL谱特征.用在R面蓝宝石上生长的InGaN量子点作有源层有望避免内建电场的影响,得到高量子效率且发光波长稳定的发光器件.     

基于偶极子点光源模型光子晶体LED出光效率的研究

利用三维时域有限差分法(FDTD)对光子晶体LED出光效率的影响因素进行分析,比较了电偶极子和磁偶极子点光源模型对LED出光效率的影响,研究不同极化角偶极子点光源下光子晶体LED中的出光效率。数值计算结果表明:极化角越小,偶极子点光源在LED出光效率增强因子越大,磁偶极子点光源模型与电偶极子点光源模型相比,极化角对出光效率增强因子的影响明显减小。基于磁偶极子点光源模型,考虑极化角的影响优化设计一种空气孔三角晶格光子晶体LED结构,其出光效率增强因子高达4.5。     

红光发射GaN:Eu材料与器件研究进展

第三代宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)以其优异的电学和光学性能受到了产业界和科研界的重视.稀土离子Eu掺杂GaN材料,既具备了稀土元素优异的光学性能,又充分发挥了半导体材料的优势,可用于制备新型红光LED器件.因此,对GaN:Eu材料的制备方法,发光机理及器件研究进展进行了总结,并对其未来发展趋势进行了展望.     

极化电极均匀化设计调控铌酸锂周期极化占空比

准相位匹配(QPM)理论上能够充分利用晶体的非线性光学系数、无走离效应,在光学频率转换中具有非常大的优势。铌酸锂晶体(LiNbO₃, LN)具有高非线性光学系数、宽通光范围和低生长成本,因此基于铌酸锂铁电畴结构设计获得的周期极化铌酸锂晶体(PPLN)成为准相位匹配技术的理想选择。目前制备PPLN晶体最常用的方法是外加电场极化法,制备过程中,电极结构的参数对极化过程至关重要。本研究基于实时监测下的电场极化过程,结合有限元分析,对不同电极结构的空间电场分布进行分析,发现电极边缘出现电场极大值,而电极内部的电场分布相对均匀。基于这一现象,本文提出了一种多通道电极结构的设计方案,以实现极化空间内部电场的均匀分布。本研究采用十通道电极进行极化实验,通过表征每个通道的占空比,发现内部八个通道的占空比大小均匀且在50%±5%范围,通过晶体的倍频实验验证发现十通道周期极化样品中中间通道相对边缘通道的非线性转换效率明显提升并分布均匀,证明其中间通道具有占空比可控的均匀极化结构,为极化空间电场均匀化设计提供了一种高效合理的设计方案。