带有InGaAs覆盖层的InAs量子点红外探测器材料的发光与光电响应

利用分子束外延技术(MBE),在GaAs(001)衬底上自组织生长了不同结构的InAs量子点样品,并制备了量子点红外探测器件。利用原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)光谱研究了量子点的表面结构、形貌和光学性质。渐变InGaAs层的插入有效地释放了InAs量子点所受的应力,抑制了量子点中In组分的偏析,提高了外延层的生长质量,降低了势垒高度,使InAs量子点荧光波长红移。伏安特性曲线和光电流(PC)谱结果表明,生长条件的优化提高了器件的红外响应,具有组分渐变的InGaAs层的探测器响应波长发生明显红移。     

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。     

图形硅衬底GaN基发光二极管薄膜去除衬底及AlN缓冲层后单个图形内微区发光及 应力变化的研究

研究了图形硅衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜、去除硅衬底后的无损自由状态LED薄膜以及去除氮化铝(AlN)缓冲层后的自由状态LED薄膜单个图形内的微区光致发光(PL)性能, 用荧光显微镜与扫描电镜观测了去除AlN缓冲层前后LED薄膜断面弯曲状况的变化. 研究结果表明: 1)去除硅衬底后, 自由支撑的LED薄膜朝衬底方向呈柱面弯曲状态, 且相邻图形的柱面弯曲方向不一致, 当进一步去除AlN缓冲层后薄膜会由弯曲变为平整; 2)LED薄膜在去除硅衬底前后同一图形内不同位置的PL谱具有显著差异, 而当去除AlN缓冲层后不同位置的PL谱会基本趋于一致; LED薄膜每一位置的PL 谱在去除硅衬底后均出现明显红移, 进一步去除AlN缓冲层后PL谱出现程度不一的微小蓝移; 3)自由支撑的LED薄膜去除AlN缓冲层后, PL光强随激光激发密度变化的线性关系增强, 光衰减得到改善.     

In组分渐变提高InGaN/GaN多量子阱发光二极管发光性能

利用金属有机物化学气相沉积系统在蓝宝石衬底上通过有源层的变温生长,得到In组分渐变的量子阱结构,从而获得具有三角形能带结构的InGaN/GaN多量子阱发光二极管(LED)(简称三角形量子阱结构LED).变温光致发光谱结果表明,相对于传统具有方形能带结构的量子阱LED(简称方形量子阱结构LED),三角形量子阱结构有效提高了量子阱中电子和空穴波函数的空间交叠,从而增加了LED的内量子效率;电致发光谱结果表明,三角形量子阱结构LED器件与传统结构LED器件相比,明显改善了发光峰值波长随着电流的蓝移现象.通过以上     

硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜转移至含有柔性黏结层的基板上, 获得了不受衬底和支撑基板束缚的LED薄膜. 利用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)研究了薄膜转移前后的应力变化, 同时对其光致发光(PL)光谱的特性进行了研究. 结果表明: 硅衬底GaN基LED薄膜转移至柔性基板后, GaN受到的应力会由转移前巨大的张应力变为转移后微小的压应力, InGaN/GaN量子阱受到的压应力则增大; 尽管LED薄膜室温无损转移至柔性基板其InGaN阱层的In组分不会改变, 然而按照HRXRD倒易空间图谱通用计算方法会得出平均铟组发生了变化; GaN基LED薄膜从外延片转移至柔性基板时其PL谱会发生明显红移.     

量子阱渐变层材料及结构对GaN基LED性能的影响

In组分渐变InGaN/GaN量子阱结构可以有效解决晶格失配所带来的LED发光效率降低的问题。采用Silvaco软件建立了In组分渐变量子阱结构数值计算模型,研究了量子阱中渐变层In组分及渐变层厚度对极化电荷密度、载流子浓度及LED功率谱密度的影响。研究结果表明：随着渐变层中In组分的增加,载流子浓度以及极化电荷密度都在增大,但极化电荷密度增幅较小,峰值功率谱密度随着In组分增加的增长幅度逐渐减小;功率谱密度随着渐变层顶层厚度的增加先增大后减小,渐变层非顶层厚度不均匀时的功率谱密度比均匀时的功率谱密度小。     

AlN插入层对a-AlGaN的外延生长的影响

采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)在r面蓝宝石衬底上生长a-AlGaN外延膜,研究了AlN插入层对a-AlGaN外延膜的应力和光学性质的影响。根据高分辨X射线衍射(HRXRD)技术和扫描电子显微镜(SEM)我们可以得到,AlN插入层有效地提高了a-AlGaN外延膜的晶体质量并减小了外延膜材料结构的各向异性。由拉曼光谱得到AlN插入层的引入减小了a-AlGaN外延膜的面内压应力,其原因是AlN插入层可以当作衬底有效的调制与减小a-AlGaN外延膜与r面蓝宝石衬底的晶格失配,从而使a-AlGaN的面内应力得到适当释放。对室温下的光致发光进行测量得到AlN插入层的使用使近带边发射峰(NBE)发生了红移,这可能是由于残余应力的减小引起。     

Effect of AlN Interlayer on α-plane AlGaN Grown by MOCVD

采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)在r面蓝宝石村底上生长α-AlGaN外延膜,研究了AlN插入层对 α-AlGaN外延膜的应力和光学性质的影响.根据高分辨X射线衍射(HRXRD)技术和扫描电子显微镜( SEM)我们可以得到,AlN插入层有效地提高了a-AlGaN外延膜的晶体质量并减小了外延膜材料结构的各向异性.由拉曼光谱得到MlN插入层的引入减小了a-AlGaN外延膜的面内压应力,其原因是AlN插入层可以当作衬底有效的调制与减小α-AlGaN外延膜与r面蓝宝石村底的晶格失配,从而使α-AlGaN的面内应力得到适当释放.对室温下的光致发光进行测量得到AlN插入层的使用使近带边发射峰(NBE)发生了红移,这可能是由于残余应力的减小引起.     

In插入层对硅衬底外延InN晶体质量和光学特性的影响

在Si（111）衬底上分别预沉积0,0.1,0.5,1 nm厚度的In插入层后,采用等离子辅助分子束外延法制备了纤锌矿结构的InN材料,结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、吸收谱及光致发光谱研究了不同厚度的In插入层对外延InN晶体质量和光学特性的影响。XRD和SEM的测试结果表明,在Si衬底上预沉积0.5 nm厚的In插入层有利于改善外延InN材料的形貌,提高材料的晶体质量。吸收谱和光致发光谱测试表明,0.5 nm厚In插入层对应的InN样品吸收边蓝移程度最小,光致发射谱半峰宽最窄,并且有最高的带边辐射复合发光效率。可见,引入适当厚度的InN插入层可以改善Si衬底上外延InN材料的晶体质量和光学特性。     

In插入层对硅衬底外延InN晶体质量和光学特性的影响

在Si(111)衬底上分别预沉积0,0.1,0.5,1 nm厚度的In插入层后,采用等离子辅助分子束外延法制备了纤锌矿结构的InN材料,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、吸收谱及光致发光谱研究了不同厚度的In插入层对外延InN晶体质量和光学特性的影响。XRD和SEM的测试结果表明,在Si衬底上预沉积0.5 nm厚的In插入层有利于改善外延InN材料的形貌,提高材料的晶体质量。吸收谱和光致发光谱测试表明,0.5 nm厚In插入层对应的InN样品吸收边蓝移程度最小,光致发射谱半峰宽最窄,并且有最高的带边辐射复合发光效率。可见,引入适当厚度的InN插入层可以改善Si衬底上外延InN材料的晶体质量和光学特性。     

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。     

不同电流下发光二极管温度和光谱特性的实验研究

利用WGD-6型光学多道分析仪和温度传感器设计了测量不同电流下发光二极管(LED)温度和光谱特性的实验,并测定了紫、蓝、绿、黄和红光二极管管温随电流变化和光谱的变化。各种二极管随电流的增加温度升高,紫、蓝和黄光LED升温速率要快。随电流增加,紫、黄和红光LED有明显的红移,绿光LED有明显的蓝移,而蓝光LED先蓝移后红移。随电流的增加LED有光输出饱和现象。电流的增加引起LED半峰宽宽化,红光LED宽化幅度最大,可达15nm。     

p-GaN插入层调控InGaN基黄绿双波长LED发光光谱

采用MOCVD技术在硅衬底上生长了含有7个黄光量子阱和1个绿光量子阱的混合有源区结构的InGaN基黄绿双波长LED外延材料,研究了电子阻挡层前p-GaN插入层厚度对黄绿双波长LED载流子分布及外量子效率(EQE)的影响。通过LED变温电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。结果表明,100 K小电流时随着电流密度的增大,三组样品的绿光峰与黄光峰相对强度的比值越来越大,且5.5 A·cm^-2的电流密度下,随着温度从300 K逐步降低至100 K,三组样品的绿光峰与黄光峰相对强度的比值也越来越大,说明其载流子都在更靠近p型层的位置发生辐射复合。三组样品的p-GaN插入层厚度为0,10,30 nm时,EQE峰值依次为29.9%、29.2%和28.2%,呈现依次减小的趋势,归因于p-GaN插入层厚度越大,p型层越远离有源区,空穴注入也越浅。电子阻挡层前p-GaN插入层可以有效减小器件EL光谱中绿光峰随着电流密度增加时峰值波长的蓝移(33 nm),实现了对低温发光光谱的调控。     

In掺杂ZnO超晶格光学性质的研究

采用基于第一性原理的线性缀加平面波方法, 计算了超晶格ZnO掺In的光学性质. 计算结果表明, 掺入In元素后Fermi能级进入导带, 介电函数、吸收系数、折射率、反射率都在Fermi面附近产生新的跃迁峰. 随着掺杂层数的增多, 跃迁峰发生红移, 当掺杂两层In时跃迁峰峰值最大, 同时吸收系数的吸收边随掺杂层数的增多而逐渐减小. 与In掺杂ZnO超晶胞相比, ZnO超晶格在可见光范围内具有高透过率的特点.     

含有量子点的双波长LED的光谱调控

本文通过对含有高In组分量子点的双波长LED进行了模拟计算, 并对器件的能带结构、载流子浓度、复合速率和辐射光谱进行了研究. 通过对器件结构的调整与对比, 发现蓝绿双波长LED的绿光量子阱中加入高In组分量子点后可以拓宽辐射光谱, 使LED光谱具有更高的显色指数, 为实现无荧光粉的白光LED提供指导. 量子点对载流子具有很强的束缚能力, 并且载流子在量子点处具有更短的寿命, 载流子优先在量子点处复合, 量子点处所对应的黄光与量子阱润湿层所对应的绿光的比例随量子点浓度的增大而增大, 载流子浓度较低时以量子点处的黄光辐射为主, 载流子浓度变大后, 量子点复合逐渐达到饱和, 绿光辐射开始占据主导. 对间隔层厚度和间隔层掺杂浓度的调节可以很方便地调控载流子的分布, 从而实现对含有量子点的双波长LED两个活性层辐射速率的调控. 结果表明, 通过对量子点浓度、间隔层厚度、间隔层掺杂浓度的控节可以很好地实现对LED辐射光谱的调控作用. 关键词： GaN 量子点 光谱调控 双波长LED     

Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管

分别在Si(110)和Si(111)衬底上制备了In Ga N/Ga N多量子阱结构蓝光发光二极管(LED)器件.利用高分辨X射线衍射、原子力显微镜、室温拉曼光谱和变温光致发光谱对生长的LED结构进行了结构表征.结果表明,相对于Si(111)上生长LED样品,Si(110)上生长的LED结构晶体质量较好,样品中存在较小的张应力,具有较高的内量子效率.对制备的LED芯片进行光电特性分析测试表明,两种衬底上制备的LED芯片等效串联电阻相差不大,在大电流注入下内量子效率下降较小;但是,相比于Si(111)上制备LED芯片,Si(110)上LED芯片具有较小的开启电压和更优异的发光特性.对LED器件电致发光(EL)发光峰随驱动电流的变化研究发现,由于Si(110)衬底上LED结构中阱层和垒层存在较小的应力/应变而在器件中产生较弱的量子限制斯塔克效应,致使Si(110)上LED芯片EL发光峰随驱动电流的蓝移量更小.     

瓦级大功率InGaN蓝光LED的光色电特性

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流I_F驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随I_F的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当I_F从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λ_p随I_F的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当I_F大于500 mA或800 mA后,λ_p又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。     

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。     

GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒对发光二极管内量子效率的影响

GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒结构能有效提高发光二极管(LED)器件内量子效率,缓解LED效率随输入电流增大而衰减的问题.本文综述了该结构及其结构变化——In组分梯度递增以及渐变、GaN/In_xGa_(1-x)N界面极化率改变等对改善LED器件性能的影响及优势,归纳总结了不同结构的GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子垒的工作机理,阐明极化反转是该结构提高LED性能的根本原因.在综述该结构发展的基础之上,通过APSYS仿真计算,进一步探索和深入分析了该结构中In_xGa_(1-x)N层的In组分及其厚度变化对LED内量子效率的影响.结果表明:In组分的增加有助于在GaN/In_xGa_(1-x)N界面产生更多的极化负电荷,增加GaN以及电子阻挡层处导带势垒高度,减少电子泄漏,从而提高LED的内量子效率;但GaN/In_xGa_(1-x)N型最后一个量子势垒中In_xGa_(1-x)N及GaN层厚度的变化由于会同时引起势垒高度和隧穿效应的改变,因而In_xGa_(1-x)N和GaN层的厚度存在一个最佳比值以实现最大化的减小漏电子,提高内量子效率.     

铜铟硫纳米晶/PMMA复合薄膜的制备与光学性质表征

铜铟硫(CuInS₂)纳米晶具有发射光谱宽、波长易于调控、量子产率高、合成成本低、容易与封装材料复合等优点,在远程白光LED结构中具有广阔的应用前景。远程白光LED结构是针对LED散热问题提出的一种新型封装结构,在这种结构中复合荧光涂层(复合薄膜)与蓝光芯片进行隔离封装,这种结构对复合薄膜中纳米晶的热稳定性的要求大大降低。首先合成出了不同发光波长的CuInS₂纳米晶荧光材料,然后将其封装到PMMA基质中制备了系列的CuInS₂纳米晶/PMMA复合薄膜。通过荧光光谱和紫外可见光谱的方法,针对纳米晶复合薄膜出现的发光波长红移以及不同发光波长纳米晶/PMMA复合薄膜透过率不一致的现象进行了详细研究。