固态照明光源的基石--氮化镓基白光发光二极管

首先回顾了照明光源的简单历史 ,然后介绍了发光二极管 (LED)发展到大功率白光LED的历史 ,接着简述了国内外发展现状 ,主要技术路线及其特点 .最后阐述了作者在这方面的研究工作进展状况 ,对其发展趋势提出了一些看法 .     

高反射率p-GaN欧姆接触电极

根据光学薄膜原理计算了GaN/Ti/Ag、GaN/Al和GaN/Ni/Au/Ti/Ag、GaN/Ni/Au/Al多层电极结构的反射率,得出Ag基和Al基反射电极均能在全角范围内提供较高的反射率。实验测量结果表明,反射率能高于80%的Ag基反射电极,具有低欧姆接触的电学特性。并将GaN/Ni/Au/Ti/Ag多层反射电极应用在上下电极结构的GaN基LED中。实验上采用两步合金法获得了低接触电阻、高反射率的电极结构,并引入Ni/Au覆盖层克服了Ag高温时的团聚和氧化现象。解决了Ag电极的稳定性问题,显著地提高了LED的出光效率,成功制备了具有上下电极结构的GaN基LED管芯。     

采用N2-RF等离子体氮化GaAs(001)

研究了在MBE系统中,GaAs(001)表面的氮化过程。GaAs(001)表面直接和间接地暴露在等离子体激发的N₂气流下。两种氮化过程显示了完全不同的表面氮化结果。在打开N₂发生器挡板的情况下,氮化导致GaAs(001)表面损伤,并且形成多晶结构。当增加N₂气压时,损伤变得更严重。但是,在关闭N₂发生器挡板的情况下,在500℃下,经过氮化将观察到(3×3)再构的RHEED花样,表面仍保持原子级的平整度。上述结果表明,不开N₂发生器挡板,低温(500℃下)氮化将在GaN外延生长之前形成平整的薄层c-GaN。     

94K低温下和室温下GaN基MSM紫外光探测器性能的比较

在采用MOCVD技术生长的GaN膜上制备出MSM紫外光探测器，分别在室温下和94K低温下，测量了探测器对不同光波长的响应、同一光波长下对不同偏压的响应、不同斩波频率下的响应。结果表明，在94K下响应有了很大的改善。当光波长从360nm增加到450nm时，响应下降了3个数量级，而常温下只下降两个数量级，但探测器的时间响应常数变长了。     

高亮度白光LED用外延片的新进展

文章首先介绍了发光二极管（LED）的内量子效率、外量子效率的基本概念和提高量子效率的基本方法，接着对LED外延的结构和方法做了简要介绍．文章的第三和第四部分则着重介绍了提高内、外量子效率的外延方法，这些方法包括外延结构的优化，侧向外延生长，SiC和GaN衬底的生长，AIInGaN四元系有源区生长，非极性面、半极性面的外延，表面粗化结构生长，图形化二次外延结构．图形化蓝宝石衬底上的外延，提高载流子注入效率的结构和组分设计．文章的第五部分则介绍了基于可靠性和成本考虑的其他新型外延结构，第六部分介绍了提高LED可靠性的外延方法．最后得出结论：采用非极性面的GaN衬底，生长优化的LED结构，并结合光子晶体技术，可望取得突破性进展．     

InN分凝的InGaN薄膜的光致发光与吸收谱

我们用低压MOCVD在蓝宝石衬底生长了InGaN/GaN外延层.用X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL),光吸收谱等测量手段,研究了InGaN的辐射发光机制.In组分利用Vegard定理和XRD测量得到.我们发现随着In组分的增加,在光吸收谱上发现吸收边的红移和较宽的Urbach带尾;PL谱中低能端的发射渐渐成为主导,并且在PL激发谱中InGaN峰也变宽.我们认为压电效应改变了InGaN的能带结构,从而影响了光学吸收特性.而在InN量子点中的辐射复合则是InGaN层发光的起源.     

MOCVD生长的InGaN薄膜中InN分凝的研究

利用X射线衍射(XRD)技术测量了MOCVD生长的InGaN薄膜中的InN分凝量.利用Vegard定理和XRD 2θ扫描测得实验的InGaN薄膜的In组分为0.1～0.34.通过测量XRD摇摆曲线的InN(0002)和InGaN(0002)的积分强度之比测得InN在InGaN中的含量为0.0684%～2.6396%.根据XRD理论,计算出InN和InGaN的理论衍射强度.InN含量在所有样品中均小于3%,这表明样品的相分离度比较低.还发现InN在InGaN薄膜中的含量与氮气载气流量和反应室气压明显相关.     

TiAl3 和Ti/TiAl3 非合金化电极n型GaN欧姆接触的实现

在不进行合金化的情况下,首次直接采用TiAl3合金材料作为金属接触电极.在蓝宝石衬底上生长的n型载流子浓度为2×1018 cm-3的GaN上,成功地得到低接触电阻的欧姆接触,并由环形传输线模型方法测得比接触电阻率为3×10-5 Ω*cm2.与通常n型欧姆接触采用的Ti/Al双层结构比较,TiAl3合金结构更容易形成非合金化的n型欧姆接触.在此实验基础上,进一步分析了N空位和界面层处的TiAl3在形成非合金化或低温退火欧姆接触中发挥的作用,由此设计的Ti/TiAl3/Ni/Au接触结构,在TiAl3合金结构基础上明显地降低了接触电阻率.     

空气和氧气气氛下p-GaN/Ni/Au合金性质

研究了p-CaN上的Au／Ni双金属层在空气气氛和氧气气氛下合金对其欧姆接触性质的影响。使用同步辐射高强度X射线衍射观察到明显的NiO衍射峰。随着合金时间的增加,NiO和Au的结晶性均明显变好,NiO的衍射峰强度随合金时间的增加而增强,同时发现Au(111)沿CaN的(0001)面择优形成单晶。测得Ni／Au-p-CaN-Ni／Au串联电阻在合金后明显降低,表明接触性质改善与结晶性的提高有关。同时发现氧气下合金比空气下合金形成NiO更快,相应的串联电阻也更快地下降。     

GaN基LED电流扩展的有限元模型及电极结构优化

针对目前蓝宝石衬底上外延生长制备的GaN基半导体发光二极管(LED)器件存在电流分布不均匀的问题,建立了LED的电流扩展模型,提出了定量评价其特性的参数和标准。通过用有限元方法计算LED中电流的三维空间分布,对不同的电极结构进行了定量的比较,给出了优化的电极结构。计算结果显示,在相同工艺参数下,采用插指型电极结构的LED与采用传统型电极结构和扩展正极型电极结构的LED相比,电流扩展更均匀,串联电阻更小。在此基础上,对插指型电极结构作了进一步的参数优化,得出了使LED的串联电阻取最小值时的插指型电极的结构参数。根据优化得到的参数制作了相应的LED样品,并与采用扩展正极型电极结构的LED做了对比实验。实验结果表明,计算得出的结果与实验结果符合得很好。采用了优化后的插指型电极结构的LED与采用扩展正极型电极结构的LED相比,前者的串联电阻仅为后者的44.4%。