MOVPE生长的InGaN/GaN单量子阱的光致发光和光吸收特性

研究了用金属有机物气相外延(MOVPE)法在蓝宝石衬底上生长的In组分浓度保持不变的InGaN/GaN单量子阱结构在室温下的发光特性和光吸收特性.实验结果表明,在InGaN厚度<3nm时,随着样品InGaN势阱层宽度的增加(1nm),光致发光(PL)谱的发光峰值波长出现明显的红移33nm现象,而且发光强度下降8%,谱线半峰全宽(FWHM)展宽,通过对样品的透射、反射光谱研究发现,量子阱层窄(1.5nm)的样品在波长接近红外区时出现无吸收的现象,即R+T达到了100%,而在阱层较宽的样品中没有发现这一现象,对引起这些现象的原因进行了讨论.这些结果有助于开发和优化三族氮化物半导体光电器件的进一步研究工作.     

InGaN/GaN多量子阱LED载流子泄漏与温度关系研究

通过测量光电流,直接观察了InGaN/GaN量子阱中载流子的泄漏程度随温度升高的变化关系。当LED温度从300K升高到360K时,在相同的光照强度下,LED的光电流增大,说明在温度上升之后,载流子从量子阱中逃逸的数目更多,即载流子泄漏比例增大。同时,光电流的增大在激发密度较低的时候更为明显,而且光电流随温度的增加幅度与激发光子的能量有关。用量子阱-量子点复合模型能很好地解释所观察到的实验现象。实验结果直接证明,随着温度的升高,InGaN/GaN量子阱中的载流子泄漏将显著增加,而且在低激发密度下这一效应更为明显。温度升高导致的载流子泄漏增多是InGaN多量子阱LED发光效率随温度升高而降低的重要原因。     

InGaN/GaN多量子阱蓝光LED外延片的变温光致发光谱

利用MOCVD在Al_2O_3(0001)衬底上制备InGaN/GaN MQW结构蓝光LED外延片。以400 mW中心波长405 nm半导体激光器作为激发光源,采用自主搭建的100～330 K低温PL谱测量装置,以及350～610 K高温PL测量装置,测量不同温度下PL谱。通过Gaussian分峰拟合研究了InGaN/GaN MQW主发光峰、声子伴线峰、n-GaN黄带峰峰值能量、相对强度、FWHM在100～610 K范围的温度依赖性。研究结果表明:在100～330 K温度范围内,外延片主发光峰及其声子伴线峰值能量与FWHM温度依赖性,分别呈现S与W形变化;载流子的完全热化分布温度约为150 K,局域载流子从非热化到热化分布的转变温度为170～190 K;350～610 K高温范围内,InGaN/GaN MQW主发光峰峰值能量随温度变化满足Varshni经验公式,可在MOCVD外延生长掺In过程中,通过特意降温在线测PL谱,实时推算掺In量,在线监测外延片生长。以上结果可为外延片的PL发光机理研究、高温在线PL谱测量设备开发、掺In量的实时监测等提供参考。     

InGaN/GaN多量子阱蓝光发光二极管老化过程中的光谱特性

系统地研究了小注入电流(＜4 mA)下InGaN/GaN多量子阱结构蓝光发光二极管的发光光谱特性在老化过程中的变化。对比老化前后的电致发光(EL)光谱,发现在注入电流1 mA下的峰值波长(peak wavelength)和半高宽(FWHM)随老化时间增加而减小,变化过程分两个阶段：前期(＜100 h)减小速度较快,而后逐渐变缓,呈现出与LEDs的发光光功率一致的变化规律,说明LEDs的等效极化电场在老化过程中减弱,这一变化和量子阱内缺陷的增加有明确的关系。通过电学特性测量发现同一结电压(V_j=1.8 V)下的结电容C_j和由交流小信号I—V方法计算得到的注入电流1 mA下的结电压V_j随老化时间增加而增大,明确了在同等小注入电流下量子阱内的载流子浓度随老化过程增加。分析表明在老化过程中InGaN/GaN 多量子阱结构蓝光发光二极管量子阱内的缺陷及其束缚的载流子数量增加,形成了增强的极化电场屏蔽效应,减弱的等效极化电场导致了量子阱的能带倾斜变小,带边辐射复合能量增大,能态密度增多,对应的发光过程的峰值波长变短(蓝移),半高宽变窄。     

ZnCdTe-ZnTe多量子阱的电场效应

本文报导了电场作用下ZnCdTe-ZnTe多量子阱的激子发光特性.用激子局域化的观点解释了激子发光峰随电场增强而增强的现象.在Zn0.8Cd0.2Te-ZnTe多量子阱中观察到了电场作用下自由激子发光谱峰较大的红移和较快的发光淬灭     

具有超晶格应力调制结构的绿光InGaN/GaN多量子阱的发光特性

研究了具有InGaN/GaN超晶格(SL)插入结构的绿光InGaN/GaN多量子阱(MQW)的发光特性。结构测试表明,SL插入结构并没有引起MQW中平均In组份的增加,而是改变了In组份的分布,形成了高In组份的量子点和低In组份量子阱。其电致发光(EL)谱和光致发光(PL)谱均出现了双发光峰。我们认为这两个 峰分别来自于量子点和量子阱,且存在着载流子从阱向点转移的输运机制。最后变温PL积分强度的Arrhenius 拟合表明,SL插入结构并没有在MQW中引入新的缺陷,使其发光效率下降。     

极化效应对InGaN/GaN多量子阱结构光电特性的影响

通过求解修正的基于k·p方法的有效质量哈密顿方程并与泊松方程进行自洽,得到在极化效应影响下InGaN/GaN多量子阱的能带结构和自发辐射谱.计算结果表明,极化效应使InGaN/GaN多量子阱结构的带边由方形势变成三角形势,使导带和价带间的带隙宽度减小导致发光峰值波长红移,并使电子和空穴的分布产生空间分离从而减小发光效率...     

垒掺In提高InGaN/GaN多量子阱发光特性

利用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长InGaN/GaN多量子阱结构.对多量子阱垒层掺In和非掺In进行了比较研究，结果表明，垒掺In 的样品界面质量变差，但明显增加了光致发光谱的峰值强度和积分强度，带边峰与黄光峰强度之比增大，降低了表面粗糙度.利用这两种结构制备了相应的发光二极管(LED)样品.通过电荧光测量可知，垒掺In的LED比非掺In的LED有较高的发光强度和相对均匀的波长，这主要是由于垒掺In后降低了阱与垒之间晶格失配的应力，从而降低了极化电场，提高了辐射复合效率. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 X射线双晶衍射 原子力显微镜 光致发光     

InGaN/GaN多量子阱的组分确定和晶格常数计算

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术以蓝宝石为衬底在n型GaN单晶层上生长了InGaN/GaN多量子阱结构外延薄膜，利用高分辨X射线衍射(HRXRD)，卢瑟福背散射/沟道(RBS/channeling)，以及光致发光(PL)技术对InGaN/GaN多量子阱结构薄膜分别进行了平均晶格常数计算、In原子替位率计算和In组分的定量分析.研究表明：InGaN/GaN多量子阱的水平和垂直方向平均晶格常数分别为a_epi=0.3195nm，c_epi=0.5198nm，In原子的替位率为99.3%，利用HRXRD和RBS/channeling两种分析技术计算In的组分分别是0.023和0.026，并与样品生长时设定的预期目标相符合，验证了两种实验方法的准确性；而用室温条件下的光致发光谱(PL)来计算InGaN/GaN多量子阱中In的组分是与HRXRD和RBS/channeling的实验结果相差很大，说明用PL测试In组分的方法是不适宜的. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 高分辨X射线衍射 卢瑟福背散射/沟道 光致发光     

引入n型InGaN/GaN超晶格层提高量子阱特性研究

利用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN量子阱结构. 研究了引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层的量子阱特性,结果表明通过引入n型InGaN薄层或InGaN/GaN超晶格层缓解了量子阱有源区中的应力,改善了多量子阱表面形貌,减少了V型缺陷密度,而且提高了多量子阱的光致发光强度,从而也改进了LED的发光效率. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 原子力显微镜 X射线双晶衍射 光致发光     

局域表面等离激元对InGaN/GaN多量子阱发光效率的影响

Ag纳米粒子的形貌对InGaN/Ga N多量子阱(MQWs)的光致发光(PL)效率有着显著影响。本文采用离子束沉积(IBD)技术将Ag沉积在InGaN/Ga N MQWs上,然后通过快速热退火处理制备Ag纳米粒子。通过改变Ag的沉积时间获得了具有不同Ag纳米粒子形貌的样品。用原子力显微镜对各样品的Ag纳米粒子形貌和尺寸进行了表征,并且测试了吸收谱、室温和变温PL谱及时间分辨光致发光(TRPL)谱。结果表明:随着Ag沉积时间的延长,所得Ag纳米粒子粒径增大,粒子纵横比先增大后减小且吸收谱峰红移。由于不同形貌的Ag纳米粒子在入射光作用下产生的局域表面等离激元(LSPs)与MQWs中激子耦合强度不同,光发射能力也不同,与没有Ag纳米粒子的样品相比,沉积时间为15 s的样品室温PL积分强度被抑制6.74倍,沉积时间为25 s和35 s的样品室温PL积分强度分别增强1.55和1.72倍且峰位发生红移,沉积时间为45 s的样品室温PL积分强度基本没有变化。TRPL与变温PL的测试结果证明,室温PL积分强度的改变是由于LSPs与MQWs中的激子耦合作用引起的。纵横比大且吸收谱与MQWs的PL谱交叠大的Ag纳米粒子能够更好地增强InGaN/Ga N MQWs的发光。     

InGaN/GaN多量子阱热退火的拉曼光谱和荧光光谱

通过拉曼光谱及荧光光谱测量研究了采用低压金属有机化学沉积(MOCVD)方法生长的InGaN／GaN多量子阱高温快速热退火处理对量子阱光学性质的影响。观测到退火后InGaN／GaN量子阱的拉曼光谱E2,A1(LO)模式的峰位置出现了红移,而且该振动峰的半高宽也有微小变化。温度升高退火效果更明显。退火使量子阱内应力部分消除,同时In,Ga原子扩散出现相分离使拉曼谱表现出变化。在常温和低温下的光荧光谱表明,退火处理的量子阱发光主峰都出现了红移;而且低温退火出现红移,退火温度升高相对低温退火出现蓝移;同时在低温荧光光谱里看到经过退火处理后原发光峰中主峰旁边弱的峰消失了。讨论了退火对多量子阱光学性质的影响。     

Effects of a prestrained InGaN interlayer on the emission properties of InGaN/GaN multiple quantum wells in a laser diode structure

The electroluminescence (EL) and photoluminescence (PL) spectra of InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) with a prestrained InGaN interlayer in a laser diode structure are investigated. When the injection current increases from 5 mA to 50 mA, the blueshift of the EL emission peak is 1 meV for the prestrained sample and 23 meV for a control sample with the conventional structure. Also, the internal quantum efficiency and the EL intensity at the injection current of 20 mA are increased by 71% and 65% respectively by inserting the prestrained InGaN interlayer. The reduced blueshift and the enhanced emission are attributed mainly to the reduced quantum-confined Stark effect (QCSE) in the prestrained sample. Such attributions are supported by the theoretical simulation results, which reveal the smaller piezoelectric field and the enhanced overlap of electron and hole wave functions in the prestrained sample. Therefore, the prestrained InGaN interlayer contributes to strain relaxation in the MQW layer and enhancement of light emission due to the reduction of QCSE.     

量子阱生长气压对InGaN/GaN黄光LED光电性能的影响

采用MOCVD技术在图形化硅衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱黄光LED外延材料,研究了不同的量子阱生长气压对黄光LED光电性能的影响。使用高分辨率X射线衍射仪（HRXRD）和荧光显微镜（FL）对晶体质量进行了表征,使用电致发光系统积分球测试对光电性能进行了表征。结果表明：随着气压升高,In的并入量略有降低且均匀性更好,量子阱中的点缺陷数目降低,但是阱垒间界面质量有所下降。在实验选取的4个气压4,6.65,10,13.3 kPa下,外量子效率最大值随着量子阱生长气压的上升而显著升高,分别为16.60%、23.07%、26.40%、27.66%,但是13.3 kPa下生长的样品在大电流下EQE随电流droop效应有所加剧,在20 A·cm^-2的工作电流下,样品A、B、C、D的EQE分别为16.60%、19.77%、20.03%、19.45%,10 kPa下生长的量子阱的整体光电性能最好。     

Experimental and theoretical study of the quantum-confined Stark effect in a single InGaN/GaN quantum dot under applied vertical electric field

We present a study of the effect of externally applied vertical electric field on the optical properties of single InGaN/GaN quantum dots via microphotoluminescence spectroscopy. This is achieved by incorporating the quantum dot layer in the intrinsic region of a p–i–n diode structure. We observe a large blue energy shift of 60 meV, which is explained by the partial compensation of the internal piezoelectric field. The energy shift dependence on the applied field allows the determination of the vertical component of the permanent dipole and the polarizability. We also present theoretical modelling of our results based on atomistic semi-empirical tight-binding simulations. A good quantitative agreement between the experiment and the theory is found.     

垒层厚度对InGaN/GaN多量子阱电注入发光性能的影响及机理

研究了不同垒厚对InGaN/GaN多量子阱电注入发光性能的影响及机理。实验发现,当GaN垒层的厚度从6 nm增大到24 nm时,垒厚的样品发光强度更强,而且当注入电流增加时,适当增加垒厚,可以更显著增加发光强度。进一步结合发光峰位和光谱宽度的研究表明,由于应力和极化效应的存在,当垒层厚度在6~24 nm范围内时,适当增加垒层厚度不仅会使得能带的倾斜加剧,减少电子泄露,而且也会增加InGaN阱层的局域态深度,从而改善量子阱的发光性能。     

光电耦合对InGaN/GaN量子阱光学性能的影响

围绕高性能GaN基垂直腔面发射激光器(VCSELs),设计了两种具有不同光电耦合强度的InGaN/GaN量子阱(QWs)样品,研究了它们的光学性质。样品A在腔模的两个波腹处各放置两个InGaN耦合量子阱,而样品B在腔模的一个波腹处放置5个InGaN耦合量子阱。计算表明样品A具有较大的相对光限制因子1.79,而样品B为1.47。光学测试发现样品A有着更高的内量子效率(IQE)和更高的辐射复合效率。使用两种样品制作了光泵VCSEL结构,在光激发下实现激射,其中基于样品A的VCSEL有着更低的激射阈值。结果表明有源区结构会显著影响量子阱与光场的耦合作用、外延片的内量子效率、辐射复合寿命和VCSEL激射阈值,同时也说明样品A的有源区结构更有利于制作低阈值的VCSEL器件。