AlGaN基深紫外微型发光二极管的研究进展(特邀)

随着AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的发展,其不仅在杀菌消毒领域得到广泛应用,在日盲紫外光通信领域的应用也受到越来越多的关注。这主要是由于相比其他的紫外光源(如汞灯、激光),其具有功耗低、设计灵活且调制带宽高的优势。而DUV LED的带宽严重依赖于器件尺寸,器件尺寸越小,其带宽越高。但是,随着深紫外微型发光二极管(μLED)的尺寸减少,尽管其带宽得到提高,但是其光功率却急剧下降,这严重限制了深紫外μLED在光通信中的应用。文中主要总结了深紫外μLED作为日盲紫外光通信光源的研究现状和综合分析尺寸效应引起器件性能的变化及其机理;并分析出低的光提取效率和严重的自热效应是影响深紫外μLED光功率的两个主要因素。进而综述了各种提高深紫外μLED光提取效率和改善热学特性的方法。文中将为从事深紫外μLED研究的工作者提供一定的研究方向指导。     

具有M形空穴阻挡层结构的AlGaN基深紫外激光二极管性能优化北大核心CSCD

为有效降低深紫外激光二极管(DUV-LD)在n型区的空穴泄露,优化其工作性能,提出了一种新颖的M形空穴阻挡层(HBL)结构。使用Crosslight软件对矩形、N形和M形三种空穴阻挡层结构进行仿真研究和对比,发现M形空穴阻挡层结构能够更有效地降低n型区的空穴泄露,增加量子阱内的辐射复合率,同时降低激光二极管的阈值电压与阈值电流,提升激光二极管的电光转换效率与输出功率,表明M形空穴阻挡层结构能够有效降低DUV-LD在n型区的空穴泄露并优化其工作性能。     

具有单调组分渐变空穴存储层和对称组分渐变空穴阻挡层的深紫外激光二极管性能优化

为了优化深紫外激光二极管（DUV-LD）的电光转换效率与输出功率,提出了单调组分渐变空穴存储层（MCGHRL）和对称组分渐变空穴阻挡层（SCG-HBL）结构。使用Crosslight软件对采用基础结构、矩形空穴存储层（R-HRL）、MCG-HRL以及MCG-HRL和SCG-HBL的DUV-LD进行了仿真研究。结果表明,采用MCG-HRL和SCG-HBL能够更加有效地提升DUV-LD量子阱（QWs）内的空穴浓度,减少n型区的空穴泄露,增加QWs内的辐射复合率,降低其阈值电压与电阻,提升其电光转换效率与输出功率。     

利用 LiF 空穴阻挡层提高有机发光二极管效率

通过引入LiF,明显提高了基于八羟基喹啉铝双层有机发光二极管的发光效率.2 nm 厚的 LiF 空穴阻挡层可将器件的发光效率从 2.6 cd/A 提高到 6.3 cd/A,研究结果表明,LiF 空穴阻挡层可以有效调节空穴的注入与传输,平衡器件中的空穴与电子,提高有机发光二极管的发光效率.     

VOx作空穴注入层的低启亮电压有机发光二极管

W增加到2.63 lm/W.此外,对VOx厚度分别为10,20和30 nm的三组器件进行了对比,结果显示器件性能基本一致.     

背照式高量子效率AlGaN日盲紫外探测器设计

高量子效率、高UV/VIS抑制比、宽的光谱响应范围、快的响应速度是AlGaN紫外探测器设计追求的主要目标。为了获得适宜于紫外焦平面阵列的探测器结构,结合MOCVD外延材料生长的特点,采用模拟计算与实验相结合的方法,设计了背照式高量子效率AlGaN日盲探测器。详细介绍了背照式AlxGa1-xN-pin紫外探测器结构参数设计的依据和设计过程,并给出了设计结果,通过工艺实验,对设计结果进行了优化。应用设计结果进行了器件试制,经测试试制器件,其峰值响应波长为270 nm,光谱响应范围为250～282 nm,峰值量子效率达到了57%（0V）,实验表明取得了比较理想的设计结果。     

载流子平衡方法提高量子点发光二极管效率的研究

尝试采用三种方式来平衡载流子的浓度,以提高量子点发光二极管(QLED)的外量子效率等性能:在正装结构(ITO/HIL/HTL/QD/ETL/EIL/金属阴极)的QLED的发光层和电子传输层中间插入超薄聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)电子阻挡层;在空穴注入和传输层方面,通过使用更加优化的HIL等来提高空穴注入和传输几率;在QD发光层方面,用短链配体来置换量子点的长链配体以增加载流子向量子点发光层中的传输效率等。在进行量子点配体交换的同时带来了量子点在正交溶剂中的可溶性优势,有利于QLED器件的全溶液法制备。     

具有阶梯型超晶格电子阻挡层和楔形空穴阻挡层结构的AlGaN基深紫外激光二极管性能优化

为了提升深紫外激光二极管（DUV LDs）的载流子注入效率,优化其工作性能,提出了阶梯型超晶格（SSL）电子阻挡层（EBL）和楔形（WS）空穴阻挡层（HBL）结构。使用Crosslight软件分别仿真了具有矩形EBL和HBL、矩形超晶格（RSL）EBL和塔形（TS）HBL以及SSL EBL和WS HBL的DUV LDs。仿真结果表明,SSL EBL和WS HBL更有效地增加了量子阱（QWs）中的载流子注入,减少了非有源区的载流子泄漏,提高了辐射复合率,降低了阈值电压和阈值电流,提高了DUV LDs的输出功率和电光转换效率。     

不同空穴注入层对有机电致发光器件的影响

研究了不同空穴注入层对有机电致发光器件性能的影响,结果表明,由于m-MTDATA具有良好的成膜性,以及空穴注入能力,可以改善空穴向发光层的注入,有助于提高器件的效率。     

GaN基紫外探测器读出电路注入效率

读出电路的注入效率是决定紫外焦平面探测器性能的重要因素。基于GaN基p-i-n结构日盲紫外探测器以及CTIA结构读出电路的等效模型,对探测器信号读出的电荷注入效率进行了分析,得到了注入效率的表达式。分析了注入效率与积分时间、探测器等效电阻、探测器等效结电容、CTIA电路中运算放大器增益的依赖关系,并指出了放大器增益是有效影响注入效率的重要可控因素之一,可以用提高增益的方法获得更大的注入效率。设计了几种不同增益的运算放大器电路,并分别构成CTIA结构读出电路。采用GF 0.35 m 2P4M标准CMOS工艺设计电路版图并进行流片。将紫外探测器分别连接至具有不同放大器增益的CTIA读出电路并进行测试,通过对比注入效率的理论分析结果与实际测试结果,可以得知,注入效率的理论分析与实验结果吻合较好。     

283 nm背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器

实验中使用在蓝宝石衬底上用低压金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长的AlGaN基p-i-n结构材料,通过对工艺流程的优化设计,制作了背照射p-i-n型AlGaN日盲紫外探测器,获得了较高的外量子效率。材料中p区和i区的Al组分为40%,n区Al组分为65%。探测器为直径500 m的圆形,光谱响应起止波长为260~310 nm,峰值响应波长283 nm。零偏压下,暗电流密度为2.710-10 Acm-2,对应的R0A参数为3.8108 cm2,峰值响应率为13 mA/W,对应的峰值探测率为1.971012 cmHz1/2W-1。其在-7 V偏压下,峰值响应率达到148 mA/W,对应的外量子效率达到63%。     

空穴传输层厚度对有机发光二极管性能的影响

采用聚乙烯基咔唑(PVK)作为空穴传输层,8-羟基喹啉铝(Alq3)作为发光层,制备了结构为ITO/PVK/Alq3/Mg∶Ag/Al的有机发光二极管(OLED),通过测试器件的电流-电压-发光亮度特性,研究了空穴传输层厚度对OLED器件性能的影响,优化了器件功能层的厚度匹配.实验结果表明,OLED的光电性能与空穴传输层的厚度密切相关,空穴传输层厚度为15nm时,OLED器件具有最低的启亮电压,最高的发光亮度和最大的发光效率.     

提高LED外量子效率

提高发光二极管的发光效率是当前的一个研究热点.简要介绍了从芯片技术角度提高发光二极管(IED)外量子效率的几种途径,生长分布布拉格反射层结构、制作透明衬底、衬底剥离技术、倒装芯片技术、表面粗化技术、异形芯片技术、采用光子晶体结构等.此外还介绍了发光材料、能带结构以及工艺对外量子效率的影响.     

利用金属光栅提高LED发光效率的研究

为了提高发光二极管(LED)的发光效率,在LED出光面放置金属光栅,采用时域有限差分法进行了理论分析和模拟计算.结果表明,对光栅优化后,金属光栅对波长460nm的透射率接近1,可提高LED的光提取效率;在此波长下,可同时激发局域表面等离激元和表面等离极化激元,有助于提高LED内量子效率;且具有金属光栅结构的LED的发光...     

GaN基Micro-LED的外量子效率研究

基于氮化镓材料的微型发光二极管(micro-LED)已逐渐成为可见光通信和下一代显示器等许多光电器件的主要发光源。由非辐射复合和量子限制斯塔克效应(QCSE)引起的低外量子效率(EQE)是微型发光二极管应用开发过程中的主要瓶颈。文章讨论了微型发光二极管低EQE的成因,分析了其物理特性,并提出了改善其EQE的优化方法。     

GaN基发光二极管外量子效率研究进展

近年来,GaN基发光二极管发展迅猛,但其发光效率一直是制约LED在照明领域广泛应用的主要瓶颈。本文简要介绍了提高发光二极管外量子效率的几种途径：生长分布布喇格反射层（DBR）结构,表面粗化技术,异性芯片技术,采用光子晶体结构,倒装芯片技术,激光剥离技术,透明衬底技术等。     

AlGaInP发光二极管内量子效率测量分析

采用两种方法对650 nm AlGaInP LED内量子效率进行测量分析.一是考虑光子循环利用的影响,建立取光效率模型,使用光线追迹法模拟计算取光效率,进而反推出内量子效率.另一方法是变温L-I-V测量分析,在降温过程测量外量子效率随温度的变化,测量出一定温度范围内外量子效率出现最大值且稳定,并根据LED内部的复合机制,从而确定内量予效率值.最后分析两种测量方法,并给出了影响测量的因素.     

非对称InGaN多量子阱发光二极管的发光分布和空穴输运

为研究多量子阱中的发光分布和空穴输运,制备了非对称InGaN/GaN 多量子阱（MQW）发光二极管。在电注入下,具有wNQW有源区结构（靠近p的第一个阱QW1比其他QWs较宽）的样品只有一个来自QW1的发光峰,而具有nWQW有源区结构的样品具有一个短波长发光峰和一个长波长发光峰,分别来自QW1和后面的QWs。增加QW1和后面QWs之间的势垒厚度,来自后面QWs的长波长发光峰减弱,总的发光强度也随之减弱。结论是具有nWQW和薄势垒的非对称耦合MQW结构可以改善空穴输运,从而增强后面QW的发光,提高LED内量子效率。     

高量子效率前照式GaN基p-i-n结构紫外探测器

研究了Al0.1Ga0.9N/GaN异质结p-i-n结构可见盲紫外探测器的制备与性能.p区采用Al组分含量为0.1的AlGaN外延材料形成窗口层,使340～365nm波段的紫外光可以直接透过p区到达i区并被吸收,有效提高了这个波段的响应率与量子效率.并且研究了不同p区AlGaN外延层厚度对探测器性能的影响,制备了两种不同p区厚度(0.1μm和0.15μm)的器件,测试结果表明,p区的厚度对200～340nm波段光吸收的量子效率影响较大,而i区的晶体质量的提高可以有效提高340～365nm波段光吸收的量子效率.并且当p区AlGaN厚度为0.15μm时,器件的峰值响应率达到0.214A/W,在考虑表面反射时外量子效率高达85.6%,接近理论极限,并且在零偏压时暗电流密度为3.16nA/cm2,表明器件具有非常高的信噪比.     

紫外通信中探测器的研究

紫外光由于具有日盲特点而使其在通信方面有着特殊的的必要性及优越性,紫外光的探测是紫外光通信和其他常用通信方式的主要区别点。介绍了几类现有的应用于日盲紫外光通信系统的日盲紫外探测器,并对其光谱响应,量子效率等特点进行了分析,得出了各类紫外探测器的适用条件,为器件的选取提供一定的参考并进一步探讨了紫外探测器的发展趋势。