采用银纳米圆盘阵列提高LED发光特性的研究

为了提高GaN基蓝光LED的发光效率,设计了在LED有源层上方引入银纳米圆盘阵列的模型。利用时域有限差分方法计算了银纳米圆盘阵列不同结构参数情况下LED有源层自发辐射率的变化情况及光提取效率值。通过对有源区的近场分布和LED远场方向性的分析,理论上解释了利用该金属纳米结构生成的表面等离激元对LED性能增强的影响,利用该模型可使得表面等离激元与有源层有效耦合,从而增强有源层的自发辐射率。此外,银纳米粒子组成的阵列结构所生成的栅格矢量可以补偿表面等离激元的波矢量,从而可将局域化表面等离激元转为辐射性表面等离激元,显著提高LED顶端光提取效率。结果表明,当银纳米圆盘颗粒满足直径为120nm,厚度为30nm时,含该结构的GaN基蓝光LED自发辐射率比普通LED增强了3.6倍。在此基础上,当其按照晶格常数为220nm的三角晶格排列时,顶端光提取效率增强为2.5倍。这些结果为实际的高性能GaN基LED的设计与优化提供了一定的参考。     

硅衬底GaN基LED薄膜芯片的应力调制

将Si衬底GaN基LED外延薄膜经晶圆键合、去硅衬底等工艺制作成垂直结构GaN基LED薄膜芯片,并对其进行不同温度的连续退火,通过高分辨X射线衍射(HRXRD)研究了连续退火过程中GaN薄膜芯片的应力变化。研究发现:垂直结构LED薄膜芯片在160~180℃下退火应力释放明显,200℃时应力释放充分,GaN的晶格常数接近标准值。继续升温应力不再发生明显变化,GaN薄膜的晶格常数只在标准晶格常数值附近波动。扫描电子显微镜给出的bonding层中Ag-In合金情况很好地解释了薄膜芯片应力的变化。     

InGaN/GaN超晶格厚度对Si衬底GaN基蓝光发光二极管光电性能的影响

采用有机金属化学气相沉积技术在Si(111)衬底上生长蓝光多量子阱发光二极管(LED) 结构, 通过在量子阱下方分别插入两组不同厚度的InGaN/GaN超晶格, 比较了超晶格厚度对LED光电性能的影响. 结果显示: 随超晶格厚度增加, 样品的反向漏电流加剧; 300 K下电致发光仪测得随着电流增加, LED发光光谱峰值的蓝移量随超晶格厚度增加而减少, 但不同超晶格厚度的两个样品在300 K下的电致发光强度几乎无差异. 结合高分辨X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对样品的位错密度和V形坑特征分析, 明确了两样品反向漏电流产生巨大差异的原因是由于超晶格厚度大的样品具有更大的V形坑和V形坑密度, 而V形坑可作为载流子的优先通道, 使超晶格更厚的样品反向漏电流加剧. 通过对样品非对称(105)面附近的X射线衍射倒易空间图分析, 算得超晶格厚度大的样品其InGaN量子阱在GaN上的弛豫度也大, 即超晶格厚度增加有利于减小InGaN量子阱所受的应力. 综合以上影响LED发光效率的消长因素, 导致两样品最终的发光强度相近.     

400nm高性能紫光LED的制作与表征(英文)

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底表面制备了带有p-AlGaN电子阻挡层的400 nm高性能紫光InGaN多量子阱发光二极管。制作了3种紫光LED,分别带有不同p-AlGaN电子阻挡层结构:Al摩尔分数为9%的p-AlGaN电子阻挡层;Al摩尔分数为11%的p-AlGaN电子阻挡层;Al摩尔分数为20%的10对p-AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层。带有高浓度Al电子阻挡层的紫光LED的光输出功率高于低浓度Al电子阻挡层的紫光LED。带有10对p-AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层的紫光LED的光输出功率获得了极大的提高,在20 mA注入电流时测试得到的光输出功率为21 mW。此外,该LED同时显示了在高注入电流下接近线性的I-L特性曲线和在LED芯片表面均匀的发光强度分布。     

具有四面体结构的晶格模型的简易制作

本文介绍了用金属丝和厚纸板等材料制作金刚石、闪锌矿、黄铜矿和纤锌矿结构的晶格模型的方法，并利用这些模型进行了各种晶格结构的观察试验．这些方法简单易行、便于学生自行制作，可达到形象教学的效果．     

三明治结构电子阻挡层中势阱深度对LED性能的影响

在LED中引入了Al0.1Ga0.9N-Al x Ga1-x N-Al0.1Ga0.9N多层电子阻挡层,并讨论结构中插入的势阱深度(即中间层Al x Ga1-x N的Al组分"x")的变化对LED性能带来的影响。研究发现,具有三明治结构电子阻挡层(EBL)的LED比传统LED具有更好的发光特性,并且其性能与电子阻挡层中的势阱深度密切相关。究其原因,一是由于电子阻挡层内部不同程度的晶格失配而引入的极化电场引起了电子阻挡层的有效势垒高度的不同;二是在于电子阻挡层中的势阱所产生的空穴聚集效应也会随着势阱深度的变化而变化。故而使得空穴注入效率和电子阻挡层对电子的限制作用在不同势阱深度的LED样品中有所不同。     

计算机在LED光色电综合测试实验教学中的应用

利用WY305型直流稳压电源,0.5米专用积分球,HAAS-2000高精度快速光谱辐射计以及装有LED光色电综合测试管理软件的计算机,组成了一种新型的LED光色电综合测试系统,该系统利用计算机的超强数据处理能力,能对不同类型的LED的光色电相关参数进行处理,实验表明,该系统能方便快捷地处理LED的光色电多种参数,弥补了不能对LED光色电参数同时测试的不足,能够加深学生对LED知识的全方位认识,提高了课堂效率,激发了学生学习的兴趣。     

全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率

为了提高GaN基发光二极管(LED)的外量子效率,在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体.衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术制作,然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)技术在图形蓝宝石衬底(PSS)上生长2μm厚的n型GaN层,4层量子阱和200nm厚的p型GaN层,形成LED结构.衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构,晶格常数为3.8μm,刻蚀深度为800nm.LED器件光强输出测试结果显示,在PSS上制作的LED(PSS-LED)的发光强度普遍高于蓝宝石平 关键词： 全息 发光二极管 图形蓝宝石衬底 外量子效率     

大学物理课程的学习视界:感悟“动态历程”,构建“心智地图”

在大学物理课程的学习过程中,学生是学习的主体.大学物理课程的教学要注重使学生感悟渗透在物理学内容中的物理思想和物理学方法的发展过程,理解物理学科结构各部分之间在论证逻辑上和物理学思想上的互相关联.前者是大学物理课程学习视界的"动态历程",后者是大学物理课程学习视界的"心智地图".本文以热学为例,以提出"六个为什么"的问题的形式为"动态历程"和"心智地图"提供了一个研讨和交流的案例.     

漫画教学法在文科物理课程中的应用

针对国内"文科物理"课程教学中存在的瓶颈问题,本文引入了一种创新的"漫画教学法"。为了验证其实际应用效果,在兰州大学开展了教学实验,结果表明:漫画教学法能很好地调动文科专业学生的学习主动性,显著增加学生的课堂参与度,有利于课后互动学习,并帮助学生取得更好的成绩,学生的学习满意度也更高。因此,漫画教学法在"文科物理"课程教学中具有较好的应用价值。同时,我们还对"文科物理"课程未来的改革方向进行了展望。     

三维光子晶体典型结构完全禁带的最佳参数理论分析

基于平面波展开法，理论分析了晶格结构、填充率、介电常数比等因素对fcc，diamond，woodpile三种三维光子晶体典型结构完全禁带的影响.三种结构中，fcc结构由于高对称性导致的能级简并，只适用于密堆积排列的反蛋白石结构；diamond结构非常容易产生高带隙率的完全禁带，并且可以通过调节多项参数得到所需的完全禁带；woodpile结构参数调节范围比较宽，为实验制备带来方便.对于不同的三维光子晶体结构，随着介电常数比的增大，完全禁带的宽度和带隙率也会随着增大.还发现了一些以前未引起注意的现象. 关键词： 三维光子晶体 完全禁带 介电常数比 带隙率 平面波展开法     

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.     

不同维度ZnO能带结构和电子态密度的研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法来研究不同维度ZnO的能带结构和电子态密度.参考实验上的ZnO晶格参数构建不同维度的ZnO模型并进行结构优化后再计算能带结构和电子态密度.研究结果表明二维和三维ZnO都属于直接带隙半导体且二维ZnO的禁带宽度大于三维ZnO;从三维变到二维,ZnO的电子局域化程度变高且Zn 3d轨道电子从能量较低的能级向能量较高的能级跃迁.本文的研究展示了二维和三维ZnO能带结构和电子态密度的异同,为二维ZnO基的器件研究提供了一定的理论参考价值.     

载流子复合机制对InGaN多量子阱蓝光LED调制带宽的影响

通过设计InGaN多量子阱LED有源区的不同结构,研究了载流子复合机制对LED调制速度的影响。结果显示,由于窄量子阱LED的载流子空间波函数重叠几率更高,且电子泄露效应更显著,所以复合速率更快,调制带宽更高。In组分为1%的InGaN量子垒LED可提高辐射复合的权重,使得调制带宽高于GaN量子垒LED;In组分为5%时,电子泄露和俄歇复合占据主导地位,且由于这两种复合机制复合速率很快,所以调制带宽显著提高。     

GaN基蓝光LED中光子晶体对提取效率及发光偏振态的影响

为了提高氮化镓基蓝光发光二极管的发光提取效率,在其电流扩展层上生长光子晶体.讨论了光子晶体结构周期、刻蚀深度和占空比参数与提取效率的关系,并采用时域有限差分法进行模拟计算.结果表明在晶格周期为300nm、占空比为60%和刻蚀深度为200nm的条件下,生长光子晶体结构后,氮化镓基蓝光发光二极管的提取效率提升了27.93%.研究了激励源在光子晶体晶格周期内位置变化对提取效率的影响,拟合得到更符合实际物理意义的氮化镓基蓝光发光二极管发光提取效率函数.利用等效折射率理论和法布里-珀罗薄膜干涉模型解释了氮化镓基蓝光发光二极管中TE模和TM模偏振之间提取效率的差异,数值仿真得到最大差异值为1.442倍,从而获得高偏振对比度光源.用该结构参数制备的发光二极管器件应用于液晶显示背光源,可提高液晶显示的能耗效率.     

发光二极管可靠性的噪声表征

通过对发光二极管内部结构的研究，发现N_t(界面态陷阱密度)和扩散电流比率 是影响发光二极管性能的重要因素，并与器件可靠性有密切关系.器件内部存在的多种噪声 中，低频1/f噪声可表征N_t和扩散电流比率.在深入研究发光二极管工作原理及1 /f噪声载流子数涨落理论和迁移率涨落理论的基础上，建立了发光二极管的电性能模型及1/ f噪声模型.在输入电流宽范围变化的条件下测量了器件的电学噪声，实验结果与理论模型符 合良好.通过对其测量结果分析，深入研究了噪声和发光二极管性能与可靠性的关系，证明 了噪声幅值越大，电流指数越接近于2，器件可靠性越差，失效率则显著增大. 关键词： 1/f噪声 发光二极管 陷阱 光功率     

大功率LED热管散热的分析

提出了利用热管技术对大功率LED(Light Emitting Diode)进行散热的构想,设计了LED热管散热器的原理结构,并对其传热机理、传热路线和各传热阶段的热阻进行了定性分析和定量分析,建立了传热模型,导出了总传热系数的计算式,并给出了该热管散热器的设计计算实例。     

Helical magnetic structures in cubic perovskites

One-dimensional helical structures with a finite Hund interaction have been considered in detail. The analytical expressions for the electron spectrum of charge carriers in simplest one-dimensional and three-dimensional helical structures in a simple cubic lattice, which simulates the manganese sublattice in the crystal structure of perovskite, have been derived in the tight-binding approximation. It has been shown that this approach can explain qualitatively the formation of the antiferromagnetic A structure in LaMnO₃.     

Three-dimensional strongly coupled plasma crystal under gravity conditions

Experiments were carried out to investigate a three-dimensional (3D) plasma crystal. A method of determining the positions of each individual microparticle has been developed. A crystal volume of about 2x10(4) particles in 19 horizontal planes was analyzed. Direct imaging and the 3D pair correlation function show that "domains" of fcc and hcp lattices coexist in the crystal. Other structures, in particular, the theoretically predicted bcc lattice, were not observed.