金属有机化学气相沉积外延技术生长GaN基半导体发光二极管和激光二极管(Ⅰ)

文章评论性地介绍了金属有机化学气相外延技术（MOCVD）生长氮化物半导体GaN和InGaN以及激子局域化效应、量子束缚斯塔克效应对它们的光学性能的影响，详细比较了这两种效应对GaN基半导体发光二极管和激光二极管特性的影响，特别是量子束缚斯塔克效应以显著不同的方式影响着发光二极管和激光二极管的性能；文章还讨论了在A面蓝宝石衬底上生长GaN的情况．     

金属有机化学气相沉积外延技术生长GaN基半导体发光二极管和激光二极管(Ⅰ)

文章评论性地介绍了金属有机化学气相外延技术（MOCVD）生长氮化物半导体 GaN和InGaN以及激子局域化效应、量子束缚斯塔克效应对它们的光学性能的影响,详细比较了这两种效应对GaN基半导体发光二极管和激光二极管特性的影响,特别是量子束缚斯塔克效应以显著不同的方式影响着发光二极管和激光二极管的性能;文章还讨论了在A面蓝宝石衬底上生长GaN的情况.     

影响GaN基蓝光LED能带结构与光谱特性关系的仿真研究

本文采用Silvaco TCAD软件对GaN基InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管(LED)的光谱特性进行了仿真研究。研究结果表明:光谱会随着注入电压的增加而产生蓝移现象,并出现0.365μm处的紫外光发光峰;发光效率在正向电流较小时增长很快,随着正向电流进一步增加而逐渐趋于饱和;随着量子阱中In组分和量子阱阱层厚度的增加,发光光谱出现红移现象,并且发光效率下降。仿真结果对GaN基InGaN/GaN量子阱结构蓝光LED的设计和优化提供一定的依据。     

类金字塔状GaN微米锥的形貌及发光性能

三维结构GaN基LED能够解决二维GaN基薄膜LED中存在的量子限制斯塔克效应、效率骤降、发光波长单一等问题。基于此,本文对三维类金字塔状GaN微米锥的发光性能进行了详细的研究。通过金属有机化合物化学气相沉积原位沉积SiN_x掩模层后,首先制备了底面尺寸为8μm、高度7.5μm的类金字塔状GaN微米锥,之后在其半极性面外延生长了3个周期的InGaN/GaN多量子阱。通过阴极荧光测试发现,类金字塔状GaN微米锥的半极性面上不同位置发光波长不同;变功率微区光致发光测试表明,类金字塔状GaN微米锥的半极性面在InGaN/GaN多量子阱沉积之后极化场较弱;对InGaN/GaN多量子阱进行了透射电镜表征,结合阴极荧光光谱的结果最终解释了In原子在类金字塔状GaN微米锥上的迁移机理。利用其半极性面不同位置发光波长不同的结构特点及光学特性,可以制备多波长发射LED。     

三元系和四元系GaN基量子阱结构的显微结构

GaN基量子阱是光电子器件如发光二极管、激光二极管的核心结构。实验表明,采用InGaN/GaN三元和AlInGaN/GaN四元两种不同量子阱结构的激光二极管的发光性质和发光效率有明显差别,研究了这两种不同量子阱结构的显微特征。利用原子力显微镜表征了样品的(001)面;通过高分辨X射线衍射对两种量子阱结构的(002)面作ω/2θ扫描测得其卫星峰并分析了两种不同量子阱结构的界面质量;利用X射线衍射对InGaN/GaN和AlInGaN/GaN这两种量子阱的(002)、(101)、(102)、(103)、(104)、(105)和(201)面做ω扫描,进而得到其摇摆曲线。最后利用PL谱研究了它们的光学性能。通过这些显微结构的分析和研究,揭示了InGaN/GaN三元和AlInGaN/GaN四元两种不同量子阱结构宏观性质不同的结构因素。     

纤锌矿InGaN staggered量子阱中的激子态和光学性质

本文将基于有效质量近似下的变分法,理论研究了纤锌矿InGaN/GaN staggered量子阱中的激子态和光学性质.数值结果显示了InGaN量子阱中的量子尺寸和staggered受限垒对束缚于量子阱中的激子态和光学性质有着明显的影响.当阱宽增加时,量子受限效应减弱,激子结合能降低,带间发光波长增加.另一方面,当量子阱中staggered受限势增加时,量子受限效应增强,激子结合能升高,带间发光波长降低.本文的理论结果证明了可以通过调节staggered垒高和量子尺寸来调控纤锌矿InGaN staggered量子阱中的激子态和光学性质.     

纤锌矿InGaN staggered量子阱中的激子态和光学性质

本文将基于有效质量近似下的变分法,理论研究了纤锌矿InGaN/GaN staggered 量子阱中的激子态和光学性质。数值结果显示了InGaN量子阱中的量子尺寸和staggered受限垒对束缚于量子阱中的激子态和光学性质有着明显地影响。当阱宽增加时,量子受限效应减弱,激子结合能降低, 带间发光波长增加。另一方面,当量子阱中staggered受限势增加时,量子受限效应增强,激子结合能升高,带间发光波长降低。本文的理论结果证明了可以通过调节staggered垒高和量子尺寸来调控纤锌矿InGaN staggered 量子阱中的激子态和光学性质。     

低温近场光学显微术对InGaN/GaN多量子阱电致发光温度特性的研究

使用实验室自制的低温近场光学显微镜研究了InGaN/GaN多量子阱发光二极管在室温和液氮 温度下的近场光学像和近场光谱，发现随着温度的降低，不仅近场光学像的光强起伏大大减 小，量子阱发光峰先蓝移后红移，而且在液氮温度下在光子能量更高的位置上出现了新的发 光峰.通过对实验结果的分析，我们将这个新出现的峰归结为p-GaN层中导带底-受主能级间 跃迁形成. 关键词： InGaN/GaN多量子阱 发光二极管 近场光学 低温     

InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管发光机理转变的低频电流噪声表征

本文对InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管开启后的电流噪声进行了测试, 结合低频电流噪声的特点和载流子之间的复合机理, 研究了低频电流噪声功率谱密度与发光二极管发光转变机理之间的关系. 结论表明, 当电流从0.1 mA到10 mA逐渐增大的过程中, InGaN/GaN发光二极管的电流噪声行为从产生-复合噪声逐渐接近于低频1/f噪声, 载流子的复合机理从非辐射复合过渡为电子与空穴之间载流子数的辐射复合, 并具有标准1/f噪声的趋势, 此时多量子阱中的电子和空穴之间的复合趋向于稳定. 本文的结论提供了一种表征InGaN/GaN多量子阱发光二极管发光机理转变的有效方法, 为进一步研究发光二极管中载流子的复合机理、优化和设计发光二极管、提高其发光量子效率提供理论依据.     

荧光法测定半导体禁带宽度

光学带隙或禁带宽度是半导体材料的一个重要特征参数.本文以3个具有代表性的InGaN/GaN多量子阱结构作为研究对象,深入探讨了荧光法测定某个目标温度下InGaN阱层的光学带隙所需要满足的测试条件.由于InGaN阱层是一种多元合金且受到来自GaN垒层的应力作用,所以该阱层中不仅存在着杂质/缺陷相关的非辐射中心,也存在着组分起伏诱发的局域势起伏以及极化场诱发的量子限制斯塔克效应.因此,为了获得目标温度下InGaN阱层的较为精确的光学带隙,提出了荧光测量至少应满足的测试条件,即必须消除该目标温度下非辐射中心、局域中心以及量子限制斯塔克效应对辐射过程的影响.     

利用C-V法研究GaN基蓝光LED的多量子阱结构

利用C-V测量法研究了GaN基高亮度蓝光发光二极管的InGaN/GaN多量子阱结构(MQWs),通过样品的C-V曲线及对应的杂质浓度分布曲线得出MQWs的结构特性.实验结果表明:MQWs为5个周期的InGaN/GaN多量子阱.室温下InGaN阱层的平均阱宽为2.00nm,阱层的平均杂质浓度为7.12×1018 cm-3,GaN垒层的平均垒宽为12.32nm,垒层的平均杂质浓度为0.82×1018 cm-3.温度降低,InGaN阱宽变窄,杂质浓度增大,而GaN垒宽变宽,杂质浓度降低.     

GaN基量子阱的激子跃迁和光学性质

采用光致发光谱、光致发光激发谱以及拉曼光谱对GaN基量子阱材料进行了实验观察和分析 .实验结果表明样品中量子点结构不均匀及InGaN层中In成分分布不均匀 ,且其光致发光谱的波峰是由自由激子辐射复合发光引起的 .同时由室温下InGaN/GaN量子阱的拉曼谱可得知InGaN/GaN多量子阱的结构特征     

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     

InGaN/GaN多量子阱蓝色发光二极管的实验与模拟分析

分别采用量子阱模型和量子点模型对蓝色InGaN/GaN多量子阱发光二极管电学和光学特性进行模拟,并和实验测量结果进行了比对,结果发现,量子点模型的引入,很好地解决了I-V和电致发光二方面的实验与理论模型间符合程度不好的问题.同时,在I-V曲线特性模拟中发现,在量子点理论模型的基础上,只有考虑到载流子的非平衡量子传输效应,才能得到和实验相接近的I-V曲线,揭示着在InGaN/GaN 多量子阱发光二极管电输运特性中,载流子的非 关键词： InGaN/GaN 发光二极管 数值模拟 量子点模型     

高效InGaN/AlInGaN发光二极管的结构设计及其理论研究（英文）

利用Advanced Physical Models of Semiconductor Devices(APSYS)理论对比研究了InGaN/AlInGaN和InGaN/GaN多量子阱作为有源层的InGaN基发光二极管的结构和电学特性。与InGaN/GaN基LED中GaN作为垒层材料相比,在AlInGaN材料体系中,通过调节AlInGaN中Al和In的组分可以优化器件的性能。当InGaN阱层材料中In组分为8%时,可以实现无应力的In0.08Ga0.92N/AlInGaN基LED。在这种无应力结构中可以进一步降低大功率LED的"效率下降"(Effciency droop)问题。理论模拟结果显示,四元系AlInGaN作为垒层可以进一步减少载流子泄露,增加空穴注入效率,减少极化场对器件性能的影响。在In0.08Ga0.92N/AlInGaN量子阱中的载流子浓度、有源层的辐射复合率、电流特性曲线和内量子效率等方面都优于InGaN/GaN基LED。无应变AlInGaN垒层代替传统的GaN垒层后,能够得到高效的发光二极管,并且大电流注入下的"效率滚降"问题得到改善。     

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     

量子阱数量变化对双波长LED作用的研究

采用软件理论分析的方法分析了InGaN/GaN量子阱数量变化对双波长发光二极管发光光谱、内量子效率、电子空穴浓度分布、溢出电流等产生的影响.分析结果表明,量子阱数量的增加会引起载流子分配不均的现象,所以量子阱数量的增加并不能有效地提升载流子复合率、内量子效率和发光强度,还会引起开启电压升高的现象,影响能量转化效率.此外,不同发光波长的量子阱数量的增加会引起发光光谱强度的变化. 关键词： 量子阱 数量 数值模拟 双波长发光二极管     

蓝光激光器结构中InGaN/GaN多量子阱界面效应的精细光致发光光谱研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时,在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2,能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率.本工作利用光致发光(PL)光谱技术,对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征,研究了通H2生长对量子阱界面的调控...     

量子阱垒层掺杂变化对双波长LED调控作用研究

采用APSYS软件研究了InGaN/GaN量子阱垒层掺杂变化对双波长 发光二极管发光光谱的调控问题. 在不同掺杂类型和浓度下对器件电子空穴浓度分布、 载流子复合速率、 能带结构、 发光光谱进行分析, 结果表明, 调节量子阱垒层n型和p型的掺杂浓度可以精确而有效地根据需要调控发光光谱, 解决发光光谱调控难的问题. 这些现象归因于掺杂的量子阱垒层对电子空穴分布的调控作用.     

具有三角形InGaN/GaN多量子阱的高内量子效率的蓝光LED(英文)

对InGaN量子阱LED的内量子效率进行了优化研究。分别对发光光谱、量子阱中的载流子浓度、能带分布、静电场和内量子效应进行了理论分析。对具有不同量子阱数量的InGaN/GaN LED进行了理论数值比对研究。研究结果表明,对于传统结构的LED而言,2个量子阱的结构相对于5个和7个量子阱具有更好的光学性能。同时还研究了具有三角形量子阱结构的LED,研究结果显示,三角形多量子阱结构具有较高的电致发光强度、更高的内量子效率和更好的发光效率,所有的优点都归因于较高的电子-空穴波函数重叠率和低的Stark效应所产生的较高的载流子输入效率和复合发光效率。