GaN基三维结构生长与器件应用

目前,c面氮化镓(GaN)基发光二极管的制备技术已经十分成熟并取得了商业化成功,但仍面临极化电场导致的大电流密度下效率下降(Droop效应)和黄绿光波段效率低的问题.为消除极化电场的影响,人们开始关注半极性和非极性面GaN.其中,基于传统极性面衬底通过三维结构生长来获得半极性和非极性GaN的方法,由于其低成本和生长的灵活性,受到了广泛研究.本文首先总结了三种GaN三维结构的制备方法并分析其生长机理.接着,在此基础上介绍了不同晶面InGaN量子阱的外延生长和发光特性.最后,列举了GaN基三维结构在半极性面LED、颜色可调LED和无荧光粉白光发光二极管方面的应用.     

Duffing系统的主--亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.     

面向半导体照明的光学

以发光二极管(LED)为核心的半导体照明光源成为世界公认的第三代照明光源.通常基于蓝光LED抽运黄色荧光粉产生白光的方案,因荧光粉的斯托克斯位移和宽光谱,其具有产业化价值的发光效率上升范围受到极大限制.另外,传统封装LED因其朗伯型发光分布和超高亮度会造成严重的眩光以及光分布难以满足照明应用要求从而导致光污染、光浪费,...     

氮化镓基发光二极管结构中粗化 p型氮化镓层的新型生长方法

提出了一种新型p型氮化镓粗化外延生长方法,这种生长方法的本质特征是利用低温生长的p型氮化镓作为粗化层的"晶籽"层,然后在这一层的基础上高温快速生长p型氮化镓,使粗化程度得到放大. 经实际制作尺寸为12 mil×10 mil的蓝光发光二极管器件并进行验证测试,与未进行p型氮化镓粗化的结果相比,通过这种方法粗化的发光二极管光通量可提升45%;结果同时表明,该方法有效解决了低温生长p型氮化镓带来的漏电流大,及预通镁源带来的前置电压高的问题. 关键词： 粗化 氮化镓 p型氮化镓 发光二极管     

基于X射线衍射的GaN薄膜厚度的精确测量

结合Williamson-Hall plot方法和线型分析方法的优点,提出了一种有效分离有限晶粒尺寸和非均匀应力等X射线衍射展宽效应的方法,可以用于GaN外延层厚度等参数的快速精确测量.用该方法对一系列在蓝宝石衬底上生长的厚度在0.7—4.2μm的GaN外延膜进行了测量,并与椭圆偏振光谱法测量结果进行了比较,结果表明其差别<4%,反应了这种方法的准确性. 关键词： GaN薄膜 厚度测量 X射线衍射     

非故意掺杂GaN薄膜方块电阻与载气中N2比例关系研究

利用金属有机气相外延方法研究了非故意掺杂GaN薄膜的方块电阻与高温GaN体材料生长时载气中N₂比例的关系.研究发现,随着载气中N₂比例的增加,GaN薄膜方块电阻急剧增加.当载气中N₂比例为50%时,GaN薄膜方块电阻达1.1×10⁸Ω/□,且GaN表面平整,均方根粗糙度为0.233nm.二次离子质谱分析发现,载气中N₂比例不同的样品中碳、氧杂质含量无明显差别.随着载气中N₂比 关键词： 半绝缘GaN薄膜 载气 金属有机气相外延 位错     

非故意掺杂GaN薄膜方块电阻与载气中N2比例关系研究

利用金属有机气相外延方法研究了非故意掺杂GaN薄膜的方块电阻与高温GaN体材料生长时载气中N2比例的关系.研究发现,随着载气中N2比例的增加,GaN薄膜方块电阻急剧增加.当载气中N2比例为50%时,GaN薄膜方块电阻达1.1×108Ω/□,且GaN表面平整,均方根粗糙度为0.233 nm.二次离子质谱分析发现,载气中N2比例不同的样品中碳、氧杂质含量无明显差别.随着载气中N2比例的增加,GaN材料中螺型位错相关缺陷密度无明显变化,而刃型位错相关缺陷密度明显增加.结果表明,刃型位错的受主补偿作用是导致GaN薄膜方块电阻变化的主要原因.     

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     

AlGaN插入层对6H-SiC上金属有机物气相外延生长的GaN薄膜残余应力及表面形貌的影响

研究了具有不同台阶数目的AlGaN插入层对在6H-SiC衬底上利用金属有机物气相外延（MOVPE）生长的GaN体材料残余应力和表面形貌的影响.高分辨率X射线衍射测试表明样品的c轴晶格常数随台阶数目的增多而增大;低温光荧光谱中GaN发光峰也随着台阶数目增多而发生蓝移,这些变化都反映出GaN中残余张应力的减小.此外,原子力显微镜测试表明样品表面起伏和粗糙度也都随着插入层的引入和台阶数目的增多得到了明显的改善. 关键词： 残余应力 表面形貌 SiC衬底 AlGaN插入层     

Improved Surface Characteristics and Contact Performance of Epitaxial p-AlGaN by a Chemical Treatment Process

The comparative study of epitaxial 380-run-thick p-Al0.091 Ga0.909 N materials without and with special surface chemical treatment is systematically carried out. After the treatment process, the deep level luminous peak in the 10 K photoluminescence spectrum is eliminated due to the decrease of surface nitrogen vacancy VN related defective sites, while the surface root-mean-square roughness in atomic force microscopy measurement is decreased from 0.395nm to 0.229nm by such a surface preparation method. Furthermore, the performance of surface contact with Ni/Au bilayer metal fihns is obviously improved with the reduction of the Schottky barrier height of 55meV. The x-ray photoelectron spectroscopy （XPS） results show a notable surface element content change after the treatment which is considered to be the cause of the above-mentioned surface characteristics improvement.