电极形状对GaN基发光二极管芯片性能的影响

采用Crosslight APSYS这一行业专业软件对p-GaN,InGaN/InGaN多量子阱,n-GaN和蓝宝石的芯片结构研究了不同电极形状与器件的光电性能之间的关系.优化设计了普通指形电极、对称型指形电极、h形指形电极、旋转形电极、中心环绕形电极、树形电极等6种电极结构.通过电极优化设计,电流分布更加均匀,减小了电流的聚集效应.优化后的电极结构结果表明:芯片的电特性得到了提高,芯片的光特性得到了明显改善,芯片的出光效率大幅度提高,芯片的转化效率得到了提升.     

GaN基高压直流发光二极管制备及其性能分析

GaN基高压直流发光二极管工艺制备, 采用蓝宝石图形衬底(PSS) 外延片制备正梯形芯粒结构的GaN基高压直流LED.相对其他结构器件, 该结构器件发光效率最高, 封装白光后, 在色温4500 K, 驱动电流20 mA时, 光效116.06 lm/W, 对应电压50 V. 测试其I-V曲线表明, 开启电压为36 V, 对应驱动电流为1.5 mA; 在电流15 mA至50 mA时, 光功率随驱动电流增加近似于线性增加, 在此区域光效随电流增加而降低的幅度比较缓慢, 表明GaN基高压直流LED适宜于采用大电流密度驱动, 而不会出现驱动电流密度增加导致量子效率明显下降(efficiency droop), 为从芯片层面研究解决量子效率下降难题提供了一种新思路.     

电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响

在台面结构的GaN基发光二极管(LED)里，电流要侧向传输，当尺寸与电流密度加大之后，由于n型GaN层和下限制层的横向电阻不能忽略，造成了横向电流分布不均匀.通过优化电极结构，以减小电流横向传输距离，制作出两种不同电极结构的大功率GaN基倒装LED.通过比较这两种不同电极结构的GaN基倒装大功率LED的电、光性能，发现在350mA正向电流下，插指电极结构的倒装大功率GaN基LED的正向电压为3.35V，比环形插指电极结构的倒装大功率GaN基LED高0.15V.尽管环形插指电极结构GaN基LED的发光面积略小于插指电极结构GaN基LED，但在大电流下，环形插指电极结构倒装GaN基LED的光输出功率比插指电极结构的倒装大功率LED的光输出功率大.并且在大电流下，环形插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和速度慢，而插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和明显.这说明优化电极结构能提高电流扩展均匀性，减小焦耳热的产生，改善GaN基LED的性能.     

利用电容-电压法研究GaN基双异质结发光二极管的结构特点

本文利用电容-电压法(C-V法)研究GaN基蓝光发光二极管的双异质结构,将测得的样品C-V曲线由变化中心处分为两部分,分别分析其PN结类型.接着通过液氮对二极管进行温度控制,得到不同温度下的C-V曲线及其对应的杂质浓度分布曲线,分析温度对两者的影响.最后由不同温度下的杂质浓度分布曲线,分析GaN基蓝光发光二极管的双异质结构.实验结果表明该GaN基双异质结蓝光二极管的PN结类型两边都为突变结,在不同温度下,样品的电容值随温度的升高呈增大趋势.双异质结构随温度的降低逐渐显著,当T=98 K时,双异质结构趋于理想情况.     

GaN基蓝光发光二极管的波长稳定性研究

尽管GaN基蓝绿光发光二极管（LED）已进入大规模商品化阶段，但其发光波长随注入电流的变化仍是一个尚未解决的关键技术难题.同时，蓝绿光LED电注入发光光谱的半高全宽多为25nm以上.通过优化LED器件材料的生长条件和总应变量，获得了高质量的InGaN/GaN多量子阱LED外延片.由此制作的LED器件在0—120?mA的注入电流下，发光波长变化小于1nm.在20mA的正向电流下，其光谱半高全宽只有18nm，且随注入电流变化较小. 关键词： GaN 发光二极管 波长稳定性     

基于混合型量子阱的GaN基垂直结构发光二极管性能

为解决GaN基垂直结构发光二极管(VS-LEDs)在大电流驱动时效率下降的问题,制作了具有耦合量子阱(CQWs)和传统量子阱(NQWs)的混合型量子阱(HQWs)结构VS-LEDs.与NQWs结构VS-LEDs相比,HQWs结构VS-LEDs在350 mA输入电流下的正向偏压降低0.68 V,光输出功率提升53.0％,并有更好的电流响应效率.同时,NQWs结构和HQWs结构VS-LEDs的外量子效率分别下降到最大值的37.7％和67.5％,表明采用HQWs能使LEDs的效率下降得到大幅缓解.     

GaN基高压发光二极管理想因子与单元个数关系研究

理想因子能够反映电流、载流子泄漏以及缺陷导致的非辐射复合等现象. 针对目前报道的GaN基发光二极管的理想因子的问题, 通过对高压发光二极管I-V曲线的拟合计算出了理想因子n的数值, 分别讨论了12 V, 19 V, 51 V 和80 V GaN基高压发光二极管的理想因子与其结构中串联晶粒个数的关系, 分析了理想因子大小与光谱半高宽(FWHM)的变化关系. 另外, 还对电流拥挤效应对理想因子的影响进行了分析. 结果表明: 高压发光二极管理想因子n随串联晶粒个数的增加几乎为线性规律增加, 高压发光二极管理想因子n是由其串联单元理想因子之和构成的. 这对GaN基高压发光二极管理想因子的研究具有参考价值.     

InGaN/GaN量子阱垒层和阱层厚度对GaN基激光器性能的影响及机理

采用LASTIP软件研究了InGaN/GaN(In组分为15%)量子阱垒层和阱层厚度对GaN基蓝紫光激光器性能的影响及机理. 模拟计算结果表明, 当阱层太薄或太厚时, GaN基激光器的阈值电流增加、输出功率下降, 最优的阱层厚度为4.0 nm左右; 当阱层厚度太薄时, 载流子很容易泄漏, 而当阱层厚度太厚时, 极化效应导致发光效率降低, 研究还发现, 与垒层厚度为7 nm 相比, 垒层厚度为15 nm时激光器的阈值电流更低、输出功率更高, 因此适当地增加垒层厚度能显著抑制载流子泄漏, 从而改善激光器性能.     

纳米柱高度对GaN基绿光LED光致发光谱的影响

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀,在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构,通过扫描电子显微镜观察纳米柱结构的形貌,并测试了常温和10 K低温时的光致发光谱(PL)。结果表明:应变释放对压电场的影响显著,使得纳米柱结构样品的内量子效率(IQE)提高,PL谱峰值波长蓝移;应变在量子阱中的不均匀分布还使得PL谱半高全宽(FWHM)展宽。与普通平面结构相比,高度为747 nm的纳米柱结构可使得IQE提升917%,PL谱峰值波长蓝移18 nm、FWHM展宽7 nm。另外,纳米柱结构样品的有源区有效面积减小可使得PL谱FWHM减小。     

渐变型量子阱垒层厚度对GaN基双波长发光二极管发光特性调控的研究

采用软件理论分析的方法对渐变型量子阱垒层厚度的InGaN双波长发光二极(LED)的载流子浓度分布、 能带结构、自发发射谱、内量子效率、发光功率及溢出电子流等进行研究.分析结果表明, 增大量子阱垒层厚度会影响空穴在各量子阱的注入情况, 对双波长LED各量子阱中空穴浓度分布的 均衡性及双波长发光光谱的调控起到一定作用,但会导致内量子效率严重下降; 而当以特定的方式从n电极到p电极方向递减渐变量子阱垒层厚度时, 活性层量子阱的溢出电子流 得到有效的控制, 双发光峰强度达到基本一致, 同时芯片的内量子效率下降得到了有效控制, 且具备大驱动电流下较好的发光特性.     

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     

带介质分布式Bragg反射镜结构高性能共振腔发光二极管的研究

采用等离子体增强化学气相沉积高低频交替生长法生长了SiO₂/Si₃N₄透明介质分布式Bragg反射镜(DDBR), 提出了对DDBR采用干、湿法并用的腐蚀方法. 采用传输矩阵法理论分析了DDBR, 得出了为满足出光增益要求的反射率和DDBR结构. 使用光致发光(PL)谱仪测量分析了DDBR反射谱和光致发光谱, 获得了使光致发光谱辐射增强的DDBR结构, 在整个光致发光谱380–780 nm波段, 整体辐射增强1.058倍, 在谐振波长处辐射增强1.5倍, 半峰全宽值由23 nm变窄为10.5 nm, 获得了很好的光谱纯度. 利用最优DDBR结构制成了高性能共振腔发光二极管器件, 与普通结构相比, 实现了低开启电压1.78 V; 在20 mA注入电流下, 轴向光强提高了20%, 光功率和光效分别提高了27.7%和26.8%, 光功率衰减缓慢; 在0–100 mA注入电流下, 没有明显的下降趋势, 表现出了良好的温度稳定性. 关键词： 发光二极管 共振腔 介质分布式布拉格反射镜 辐射增强     

Enhanced performance of GaN-based light-emitting diodes with InGaN/GaN superlattice barriers

GaN-based multiple quantum well light-emitting diodes （LEDs） with conventional and superlattice barriers have been investigated numerically. Simulation results demonstrate using InGaN/GaN superlattices as barriers can effectively enhance performances of the GaN-Based LEDs, mainly owing to the improvement of hole injection and transport among the MQW active region. Meanwhile, the improved electron capture decreases the electron leakage and alleviates the efficiency droop. The weak polarization field induced by the superlattice structure strengthens the intensity of the emission spectrum and leads to a blue-shift relative to the conventional one.     

载流子分布对GaN基LED频率特性的影响

分别在直流偏置和交流偏置下,对大功率GaN基LED的电学和光学特性进行了研究。结果显示,通过改变靠近p型层的量子垒（也就是最后一个量子垒）中的In组分可以调控有源区中的载流子分布。有源区内积累的电子会引起负电容效应。而通过降低有源区量子垒的势垒高度,可以改善LED中载流子传输特性,并实现载流子复合速率及通信调制带宽20%的提高。这个工作将有助于理解GaN基LED中载流子分布对频率特性的影响,并为设计适用于可见光通信的大功率高速LED奠定基础。     

Influence of patterned TiO2/SiO2 dielectric multilayers for back and front mirror facetson GaN-based laser diodes

Ridge InGaN multi-quantum-well-structure （MQW） edge-emitting laser diodes （LDs） were grown on （0001） sapphire substrates by low-pressure metal-organic chemical vapour deposition （MOCVD）. The dielectric TiO2/SiO2 front and back facet coatings as cavity mirror facets of the LDs have been deposited with electron-beam evaporation method. The reflectivity of the designed front coating is about 50% and that of the back high reflective coating is as high as 99.9%. Under pulsed current injection at room temperature, the influences of the dielectric facets were discussed. The threshold current of the ridge GaN-based LDs was decreased after the deposition of the back high reflective dielectric mirrors and decreased again after the front facets were deposited. Above the threshold, the slope efficiency of the LDs with both reflective facets was larger than those with only back facets and without any reflective facets. It is important to design the reflectivity of the front facets for improving the performance of GaN-based LDs.     

无序光子晶体提高GaN基蓝光发光二极管光提取效率的研究

亚波长尺度光子晶体结构可有效提升发光二极管(LED)的光提取效率(LEE),然而在制造过程中会存在缺陷或无序.利用时域有限差分法对理想方形光子晶体结构进行了优化,在此基础上对三种无序光子晶体结构进行了仿真,研究了光子晶体结构参数的无序变化对GaN基蓝光LED LEE的影响.结果表明,光子晶体空气孔位置和半径的无序变化使优化的80 nm光子晶体LED的LEE下降,而可使非优化的60nm光子晶体LED的LEE增加;当光子晶体空气孔位置和半径的无序变化量从0到士20 nm之间变化时,LEE最大会产生53.8％的浮动;光子晶体刻蚀深度的无序变化对LEE影响较小,一般可以忽略,研究结果为高性能蓝光光子晶体LED的设计制作提供了重要的理论参考.     

High stability white organic light-emitting diode fabricated with the deposition of solvent premixed sources

This paper presents the characteristics of high-stability white organic light-emitting diodes (WOLEDs). For the preparation of WOLEDs with a single-emission layer (EML), the source materials of MADN, BCzVB, C6, and DCJTB were solvent premixed before evaporation. The structure of the WOLEDs was ITO/NPB (50 nm)/EML (40 nm)/Bphen (30 nm)/Al (200 nm). The materials that comprised the EML for dual- and tri-wavelength WOLEDs were MADN:BCzVB:DCJTB and MADN:BCzVB:C6:DCJTB, respectively. The energy transfer between the host and the dyes influenced the luminance efficiency and chromaticity coordinates of the devices. The maximum current efficiencies were 6.34 and 6.38 cd/A for the dual- and tri-wavelength WOLEDs, respectively. The efficiency of the WOLEDs was enhanced by C6 doping, although a slight variation in the chromaticity coordinates was observed, which was resulted from variations in the applied voltage.     

C-V法研究温度对GaN基蓝光二极管pn结的影响

采用C-V法,根据C^-2-V曲线和C^-3-V曲线,并结合C-V幂律指数k,分析了T=25~-195℃温度范围内,温度变化对GaN基蓝光发光二极管pn结类型的影响。实验结果表明:当T为25℃和-50℃时,C^-2-V呈明显的线性关系,同时幂律指数k为0.5,说明该温度范围内的pn结类型为严格的突变结;而温度降低至-100℃时,k值变为0.45,说明pn结类型开始发生变化;当温度继续降低至-150℃和-195℃时,幂律指数k分别为0.30和0.28,说明pn结类型已经发生了变化,变为非突变非缓变结。造成这一现象的原因是低温导致的载流子冻析效应,以及晶体的缺陷和界面态形成的局域空间电荷区在低温环境下,影响了pn结原来的空间电荷分布,并改变了pn结类型。