短波长谐振腔发光二极管外延及性能研究

利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法生长650 nm谐振腔半导体发光二极管（RCLED）,利用光致发光（PL）谱和电致发光（EL）谱研究了其发光特性.由于上、下布拉格反射镜的影响,导致其PL强度只有普通LED的1/20;EL谱纯度有了很大提高,半峰宽（FWHM）由普通LED的20 nm降到4 nm以下.最好的器件测试结果表明,可以在60 mA、2.71 V下,实现1.45 mW以上发射功率,最窄FWHM在3 nm.     

用MOCVD方法生长940nm应变多量子阱发光二极管

采用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）方法设计并生长了应变多量子阱InGaAs/AlGaAs,并且对其进行了光致发光（PL）谱、双晶X射线衍射（DXRD）谱和电化学C－V等的测试。然后以InGaAs/AlGaAs作为有源层，以GaAs衬底作为透明衬底，p面金属电极AuBe合金作为镜面反射层，采用倒装技术制备了近红外发光二极管（LED）。在输入电流为20mA下的正向电压为1．2V左右，电致发光谱的峰值波长为938nm,10μA下的反向击穿电压为5－6V，在输入电流为50mA下得出输出功率3．5mW，对应电压为1．3V,在输入电流为300mA时得到最大输出功率为12mW。     

MOCVD生长高Al组分AlGaN材料研究

报道了用MOCVD在蓝宝石衬底上生长日盲型AlGaN基紫外探测器用的高质量AlN、AlGaN材料。通过优化AlN、AlGaN生长的工艺条件,如生长温度、生长压力及Ⅴ/Ⅲ比等,得到了器件级高质量的AlN、AlGaN外延材料。AlN外延膜X射线双晶衍射ω(002)面扫描曲线半高宽为97",ω(102)面扫描曲线半高宽为870",Al0.6Ga0.4N外延膜双晶衍射ω(002)面扫描曲线半高宽为240";使用原子力显微镜(AFM)对两种样品5μm×5μm区域的表面平整度进行了表征,AlN外延膜的粗糙度(Rms)为8.484nm,Al0.6Ga0.4N外延膜的粗糙度为1.104nm;透射光谱测试显示AlN和Al0.6Ga0.4N吸收带边分别为205nm和266nm,且都非常陡峭。     

MOCVD生长双波长发光二极管

根据白光照明和可变换波长的光通信中对单芯片双波长发光二极管(LED)要求,在分析了反向偏置隧道结性质的基础上,设计了用反向偏置隧道结连接两个有源区的单芯片双波长LED,用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)在GaAs衬底上一次外延生长了同时发射两种波长的LED,其包含一个AlGaInP量子阱有源区和一个GaInP量子阱有源区,两个有源区由隧道结连接;通过后工艺制备了双波长LED器件,在20mA电流注入下,可以同时发射626nm和639nm两种波长,光强是127mcd,正向电压是4.17V。与传统的单有源区LED进行对比表明,双波长LED有较强的光强;对比单有源区LED的2.08V正向电压,考虑到双波长LED包含隧道结和两个有源区,隧道结上的压降很小。     

MOCVD生长GaN膜的光调制反射谱研究

采用光调制反射光谱（PR）研究了（0001）晶向蓝宝石村底上MOCVD方法生长的单晶六角GaN薄膜的室温光学性质。测得六角GaN薄膜的禁带宽度为3．400eV，对PR谱的调制机理进行了分析，发现信号来自缺陷作用下的表面电场调制。光吸收增和光反射谱的测量，得到3．39eV的光学吸收边和3．3eV的反射峰，证实了光调制反射光谱的结果。     

载气流量对HVPE外延生长GaN膜光学性质的影响

研究了利用水平氢化物气相外延 (HVPE)系统在蓝宝石衬底上外延氮化镓 (Ga N)的生长规律 ,重点研究了作为载气的氮气流量对 Ga N膜的结构及光学性质的影响。观察到载气流量对预反应的强弱有很大影响 ,外延膜的质量和生长速度对载气流量极为敏感。当载气流量较小时 ,样品的 X射线衍射谱 (XRD)中出现了杂峰(1 0 -1 1 )和 (1 1 -2 0 ) ,相应的光致发光谱 (PL)中出现了黄带 (YL) ,靠近带边有杂质态。而当载气流量增大时 ,样品质量改善。Ga N外延膜的结构和光学性质的相关性表明深能级的黄带与生长过程中产生的非 c轴方向晶面有关 ,据此我们推测 :Ga空位与束缚在 (1 0 -1 1 )和 (1 1 -2 0 )等原子面上的杂质构成复合结构 ,这些复合结构所产生的深能级对黄带的发射有贡献 ;由于预反应使生长过程中混入的附加产物及杂质对带边发射有重要影响     

GaN基材料及其外延生长技术研究

介绍了GaN基材料的基本特性、三种主要外延生长技术（MOCVD、MBE、HVPE）、衬底材料的选择及缓冲层技术;分析得出目前存在的GaN体单晶技术不完善、外延成本高、衬底缺陷及接触电阻大等主要问题制约了研究的进一步发展;指出今后的研究重点是完善GaN体单晶材料的生长工艺,以利于深入研究GaN的物理特性及有效地解决衬底问题,研究缓冲层的材料、厚度、组分等以提高GaN薄膜质量。     

GaN基材料及其外延生长技术研究

介绍了GaN基材料的基本特性、三种主要外延生长技术(MOCVD、MBE、HVPE)、衬底材料的选择及缓冲层技术;分析得出目前存在的GaN体单晶技术不完善、外延成本高、衬底缺陷及接触电阻大等主要问题制约了研究的进一步发展;指出今后的研究重点是完善GaN体单晶材料的生长工艺,以利于深入研究GaN的物理特性及有效地解决衬底问题,研究缓冲层的材料、厚度、组分等以提高GaN薄膜质量。     

ZnO纳米岛的MOCVD自组装生长

利用低压金属有机源气相沉积(LP-MOCVD)技术,在 (0001)蓝宝石衬底上生长ZnO纳米岛,发现在适当的生长条件下,可以生长出规则排列的纳米岛.实验发现随着生长时间的增加,在蓝宝石衬底上沉积的ZnO晶体颗粒无论是密度还是体积都在增加,并出现颗粒之间的交叠现象.与厚膜材料相比,相应的室温PL谱上显示出带边蓝移现象,随着生长温度的提高将大大增加ZnO在蓝宝石衬底上成核的困难.另外,所有样品的室温PL谱在带边附近均存在一个展宽峰,这可能是由表面态或晶体缺陷造成的.研究表明选择合适的生长时间与生长温度是利用MOCVD生长高质量ZnO纳米岛的关键因素之一.     

应用原子层外延技术分析Turbo-Disk MOCVD 外延生长模式

应用原子层外延与分子层外延的理论研究了Turbo-Disk MOCVD外延生长过程,发现生长主要发生在衬底表面的台阶处,当通过控制生长参数达到优质外延时,实际上是一种亚原子外延过程．优化调整反应参数实现了优质外延。     

Epitaxy and Characteristics of Resonant Cavity LEDs at 650 nm

Resonant-cavity light-emitting diodes (RCLED) at 650 nm wavelength were grown by metal organic chemical vapor deposition. In order to improve the interface quality and reduce the device voltage, an AlGaInP material system has been chosen to grow the top DBRs. The emission properties of the RCLED were characterized by measuring PL and EL spectra. The average emission power of the device is 0.5 mW at 20 mA and 2.2 V, and its spectrum full width at half maximum is about 10 nm.     

High-efficiency resonant-cavity LEDs emitting at 650 nm

We fabricated resonant-cavity light-emitting diodes (LEDs) emitting at 650 nm. Compressively strained GaInP quantum wells were used as an active layer embedded between AlGaAs-AlAs Bragg mirrors. The Bragg mirrors formed a one-wavelength optical resonator. Two devices with different light-emitting areas were compared: 1) a large area chip (300 μm×300 μm) with a conventional LED contact and 2) a small area chip with an 80-μm light opening with an annular contact. Large devices are more suitable for high output power whereas the smaller devices might be useful for data transmission e.g., via plastic optical fibers. For epoxy-encapsulated large area devices, we achieved a maximum wall-plug efficiency of 10.2% and maximum output power of 12.2 mW at 100 mA. The small area LEDs yielded 2.9 mW at 20 mA and a maximum wall-plug efficiency of 9.5%     

Surface photoabsorption monitoring of the growth of GaAs and InGaAs at 650°C by MOCVD

By monitoring the cyclic behavior of surface photoabsorption (SPA) reflectance changes during the growth of GaAs at 650°C and with sufficient H₂ purging time between the supply of trimethylgallium and AsH₃, we have been able to achieve controlled growth of GaAs down to a monolayer. Our results show, as confirmed by photoluminescence (PL) measurements, the possibility of growing highly accurate quantum well heterostructures by metalorganic chemical vapor deposition at conventional growth temperatures. We also present our PL measurements on the InGaAs single quantum wells grown at this temperature by monitoring the SPA signal.     

980nm垂直腔面发射激光器的外延生长

模拟了垂直腔面发射激光器(VCSEL)的反射谱和量子阱增益谱,采用金属有机物化学气相沉积设备外延生长了980 nm的垂直腔面发射激光器,制作了氧化孔径为14 μm的内腔式氧化限制型VCSEL器件,其阈值电流为3.3mA,阈值电压为1.8V,斜率效率为0.387 W/A,室温直流电流为22.8 mA时,输出光功率为5 mW.     

用于共振腔光电探测器的Si基Bragg反射器

Si基共振腔型光电探测器的关键工艺是隐埋Bragg反射器镜面的制备.用PECVD方法在Si衬底上制备了SiOxNy/SiBragg反射器,研究了Bragg反射器的反射谱和退火行为.     

生长停顿改善MOCVD生长InGaN/GaN多量子阱的特性

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)生长了InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构,研究了生长停顿对InGaN/GaN MQWs特性的影响.结果表明,采用生长停顿,可以改善MQWs界面质量,提高MQWs的光致发光(PL)与电致发光(EL)强度;但生长停顿的时间过长,阱的厚度会变薄,界面质量变差,不仅In组分变低,富In的发光中心减少,而且会引入杂质,致使EL强度下降.     

用于光束时间匀滑的谐振腔式相位调制器研究

介绍了一种用于光束时间匀滑的谐振腔式相位调制器，并通过实验观察得到若干阶边带的频谱展宽。通过理论分析推出了光谱在１．０５３μｍ处展宽０．２ｎｍ所需谐振腔品质因数的大小。     

Light-emitting diode emitting at 650 nm with 200-MHz small-signalmodulation bandwidth

State-of-the-art modulation bandwidths are presented for multiquantum well resonant cavity light emitting diodes (RCLED's) emitting at 650 nm. 84-μm size epoxy coated RCLED's have a 1.4-mW (CW) output power and a small signal modulation bandwidth of 200 MHz at 40 mA bias. 150-μm diameter devices yield 3.25-mW and 150-MHz bandwidth at 70-mA bias. An open eye-diagram at 622 Mb/s achieved for the 84-μm device makes it very attractive for SONET OC-12 data communication links     

GaN基白光LED温度特性实验研究

实验研究了恒流驱动条件下,GaN基白光LED的正向电压、发光光谱和发光效率随环境温度的变化情况.结果表明,在输入电流恒定的情况下,随着温度的升高,结电压和发光强度与温度具有良好的线性关系,并且GaN基白光LED的发光颜色总是向蓝光漂移,而小电流驱动时比大电流驱动时蓝光漂移更明显.根据实验结果,分析了器件的最佳额定工作电流.

Abstract：

Under a constant driving current, the changes of the forward voltage, emission spectrum and luminous efficiency of GaN-based White LEDs with the ambient temperature are studied experimentally. It is found that the forward voltage and the luminous intensity depend on the temperature linearly with constant injection current, and luminous colors of GaN-based White LEDs always shift towards blue. And the blue shift with low driving current is more obvious than that with high driving current. According to the results, the best rated operating current of GaN-based white LEDs is discussed.