SiO2图形化蓝宝石衬底对GaN生长及LED发光性能的影响

为了提高氮化镓(GaN)基发光二极管(LEDs)的发光性能,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在蓝宝石衬底上沉积SiO2薄膜,经过光刻和干法刻蚀技术制备了SiO2图形化蓝宝石衬底(SiO2 patterned sap-phire substrate,SPSS),利用LED器件的外延生长和微纳加工技术获得了基于S...     

斜切蓝宝石衬底MOCVD生长GaN薄膜的透射电镜研究

利用MOCVD技术在斜切角度为0.3°的c面蓝宝石衬底上生长了非故意掺杂 GaN 薄膜, 并采用透射电子显微镜对材料的质量和材料内部缺陷进行了分析. 研究发现斜切蓝宝石衬底上外延的GaN材料中,位错在距离衬底0.8 μm附近大量湮灭, 同时位错扎堆出现.基于上述现象, 提出了斜切衬底上GaN材料中位错的湮灭机制, 解释了斜切衬底能够提高GaN晶体质量的原因.     

蓝宝石邻晶面衬底MBE生长GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性研究

在实验优化MBE工艺条件的基础上，采用蓝宝石(0001)邻晶面衬底制备出了具有较高质量的GaN薄膜.XRD分析表明邻晶面衬底生长的GaN薄膜晶体结构质量明显提高，AFM表征结果显示邻晶面生长的样品表面形貌显著改善.蓝宝石衬底GaN薄膜的瞬态光电导弛豫特性对比实验研究发现，常规衬底生长的GaN薄膜光电导弛豫特性出现双分子复合、单分子复合和弛豫振荡三个过程，持续时间分别为0.91，7.7和35.5ms；蓝宝石邻晶面衬底生长的GaN薄膜光电导弛豫过程主要是双分子复合和单分子复合过程，持续时间分别为0.78和14ms.理论分析表明MBE生长GaN薄膜的持续光电导效应主要起源于本生位错缺陷引发的深能级. 关键词： 邻晶面蓝宝石衬底 GaN薄膜 瞬态光电导 弛豫特性     

图形化蓝宝石衬底上InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光谱特性研究

运用电致发光(EL)和光致发光(PL)实验,分析了图形化蓝宝石衬底(PSSLEDs)和常规平面蓝宝石衬底(C-LEDs)InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光谱特性。对比EL谱,发现PSSLEDs拥有更强的光功率和更窄的半峰宽(FWHM),说明PSSLEDs具有较高的晶体质量。其次,PSSLEDs的EL谱半峰宽随电流增加出现了更快的展宽,而这两种LED样品的PL谱半峰宽随激光功率增加呈现了基本相同的展宽变化,说明在相同电流下,PSSLEDs量子阱中载流子浓度更高,能带填充效应更强。另外,随着电流的增加,PSSLEDs和C-LEDs的峰值波长都发生蓝移,且前者的蓝移程度较小,结合半峰宽的对比分析,说明PSSLEDs量子阱中的极化电场较小。最后,对比了PSSLEDs和C-LEDs的外量子效率随电流的变化,发现PSSLEDs拥有更严重的efficiency droop,说明量子阱中极化电场不是导致efficiency droop的主要原因。     

图形化Silicon-on-Insulator衬底上分子束外延生长可动GaN微光栅的研究

GaN材料作为第三代半导体材料,具有宽禁带、直接带隙、耐腐蚀等优点,是一种非常有前景的MOEMS材料。由于GaN的刻蚀目前尚未成熟,因此图形化外延生长法是一种较好的选择。本文基于SOI(silicon-on-insulator)基片,利用硅的微加工技术和图形化GaN分子束外延生长工艺,设计并加工了工作在太赫兹波段的、可以在二维方向上运动的SOI基GaN光栅。光栅周期为16μm,光栅宽度为6μm,峰值位置为25.901μm。通过仿真优化,设计的微驱动器在水平电压220V时,水平方向上的位移为±7.26μm;垂直方向加200V电压时,垂直位移2.5μm。为了研究在图形化SOI衬底上外延生长的InGaN/GaN量子阱薄膜的光学性能,用激光拉曼光谱仪对薄膜进行了光致发光光谱实验。实验结果表明,InGaN/GaN量子阱薄膜具有良好的发光性能,其发光范围为350~500nm,覆盖了紫外光到黄绿光。由于局域态效应与禁带收缩的作用,随着环境温度由10K升高至室温,薄膜的PL光谱的峰位呈现"S"形变化趋势。     

腐蚀时间对蓝宝石衬底上外延生长GaN质量的影响

使用熔融的KOH在高温下对c面蓝宝石衬底进行不同时间的腐蚀,借助扫描电镜、原子力显微镜对衬底表面进行了表征,然后利用金属有机物化学气相沉积设备在不同腐蚀时间的衬底样品上进行了GaN材料的外延生长。通过X射线衍射结果比较了两组衬底上外延材料的质量,利用原子力显微镜结果对外延层表面形貌进行了分析,最后论述了腐蚀时间的调整对蓝宝石衬底上外延生长氮化镓质量的影响机理。     

柱状与孔状图形衬底对MOVPE生长GaN体材料及LED器件的影响

在柱状图形蓝宝石衬底（PSS-p）和孔状图形蓝宝石衬底（PSS-h）上外延了GaN体材料和LED结构并进行了详细对比和分析.X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）测试结果表明,PSS-h上体材料的晶体质量和表面形貌都优于PSS-p上体材料的特性,通过断面扫面电子显微镜（SEM）照片看出PSS-h上GaN的侧向生长是导致这种差异的原因.另外,基于PSS-p和PSS-h上外延的LED材料制作而成的器件结果表明,其20?mA下光功率水平相比普通蓝宝石衬底（CSS）分别提高了46%和33%.通过变温光荧光 关键词： 蓝宝石图形衬底 氮化镓 发光二极管 侧向生长     

GaN外延衬底LiGaO2晶体的生长和缺陷

ＬｉＧａＯ２与ＧａＮ的晶格失配率只有０．２％，是一种很有潜力的蓝光衬底材料。通过多次实验，用提拉法生长了尺寸为１５×６０ｍｍ的高质量ＬｉＧａＯ２单晶。利用化学侵蚀、光学显微镜、透射电子显微镜对晶体中的缺陷进行了分析，研究了生长参数、原料化学配比对晶体质量的影响。ＬｉＧａＯ２晶体在〈１００〉方向生长速率最快，在〈００１〉方向上生长较慢。由于原料按非化学计量比挥发致使组份偏离，容易产生γ－Ｇａ２Ｏ３包裹物。包裹物和位错的形成具有一定的相互促进作用，往往形成平行于（００１）面的亚晶界。通过调整原料配比、生长工艺参数可克服上述问题。     

GaN基LED倒装芯片蓝宝石衬底半球型图形优化设计

为了提高GaN基LED芯片的光提取效率,以GaN基LED芯片为研究对象,建立了在蓝宝石衬底出光面和外延生长面上具有半球型图形的LED倒装芯片模型,并利用光学仿真软件对图形参数进行优化设计。实验结果表明:在蓝宝石衬底的出光面和外延生长面双面都制作凹半球型图形对芯片光提取效率的提高效果最好,并且当半球的半径为3 m,周期间距为7 m时,GaN基LED倒装芯片的最大光提取效率为50.8%,比无图形化倒装芯片的光提取效率提高了115.3%。     

Si衬底GaN基蓝光LED老化性能

报道了芯片尺寸为500μm×500μm硅衬底GaN基蓝光LED在常温下经1000h加速老化后的电学和发光性能,其光功率随老化时间的变化分先升后降两个阶段;老化后的反向漏电流和正向小电压下的电流均有明显的增加;老化后器件的外量子效率(EQE)比老化前低;老化前后EQE衰减幅度在不同的注入电流下存在明显差异,衰减幅度最小处出现在发光效率最高时对应的电流密度区间。     

外延在蓝宝石衬底上的非掺杂GaN研究

采用改变生长条件的方法制备GaN薄膜,在(0001)面蓝宝石衬底上利用金属有机物化学气相沉积技术制备了不同样品,并借助X射线双晶衍射仪(XRD)、PL谱测试仪和光学显微镜对材料进行了分析。XRD(0002)面和(1012)面测试均表明TMGa流量为70 cm3/min时样品位错密度最低。利用该TMGa流量进一步制备了改变生长温度的样品。XRD和PL谱测试结果表明,提高生长温度有利于提高GaN样品的晶体质量和光学性能。最后,利用光学显微镜对样品的表面形貌进行了分析。     

蓝宝石表面处理对氮化镓薄膜的影响

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底,以形成一定的图案;利用LP-MOCVD在经过不同腐蚀时间的蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）、三维视频光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。结果表明,对蓝宝石衬底腐蚀50min情况下,外延生长的GaN薄膜晶体质量最优,其（0002）面上的XRD 半峰全宽为202.68arcsec,（10-12）面上的XRD 半峰全宽为300.24arcsec;其均方根粗糙度（RMS）为0.184nm。     

Threading dislocation density comparison between GaN grown on the patterned and conventional sapphire substrate by high resolution X-ray diffraction

GaN epifilms are grown on the patterned sapphire substrates (PSS) (0001) and the conventional sapphire substrates (CSS) (0001) by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) using a novel two-step growth. High resolution X-ray diffraction (HR-XRD) is used to investigate the threading dislocation (TD) density of the GaN epifilms. The TD density is calculated from the ω-scans full width at half maximum (FWHM) results of HR-XRD. The edge dislocation destiny of GaN grown on the PSS is 2.7×108 cm-2, which is less than on the CSS. This is confirmed by the results of atomic force microscopy (AFM) measurement. The lower TD destiny indicates that the crystalline quality of the GaN epifilms grown on the PSS is improved compared to GaN epifilms grown on the CSS. The residual strains of GaN grown on the PSS and CSS are compared by Raman Scattering spectra. It is clearly seen that the residual strain in the GaN grown on PSS is lower than on the CSS.     

4-inch蓝宝石图形衬底上GaN基白光LED制备及表征

在4-inch蓝宝石图形衬底上,基于InGaN/GaN多量子阱结构制备了蓝光LED芯片,并通过与钇铝石榴石黄色荧光粉(YAG∶Ce³⁺)结合,封装成白光LED器件。简要介绍了外延生长和芯片工艺及封装流程,并对材料特性及器件性能进行了表征。外延片表面形貌良好,蓝光外延片荧光光谱(PL)显示峰值波长为442 nm。对封装后白光芯片进行电学特性测试,得出其开启与限流电压分别为2.7 V与3.6 V。此外,电致发光光谱(EL)含有两个主要的发光峰,分别是440 nm的蓝光峰以及540 nm的黄绿光峰,而随着注入电流的增加,蓝光峰位先蓝移后红移,黄绿光峰位先红移后蓝移再红移。本文中相关的芯片制备及表征技术将对固态照明研究起到一定的促进作用。     

Si衬底GaN基LED的结温特性

结温是发光二极管的重要参数之一,它对器件的内量子效率、输出功率、可靠性及LED的其他一些性能有很大的影响。首次报道Si衬底GaN基LED的结温特性。利用正向压降法测量Si衬底上GaN基LED的结温,通过与蓝宝石衬底上GaNLED的结温比较,发现Si衬底GaNLED有更低的结温,原因归结为Si有更好的导热性。同时也表明:用Si作GaNLED的衬底在大功率LED方面具有更大的应用潜力。     

Enhanced Photoluminescence of InGaN/GaN Green Light-Emitting Diodes Grown on Patterned Sapphire Substrate

Green InGaN/GaN based light-emitting diodes （LEDs） are fabricated both on planar and wet-etched patterned sapphire substrates by metalorganic vapour phase epitaxy （MOVPE）. Their photoluminescence （PL） properties of the two samples are studied. The results indicate that the PL integral intensity of the green LED on the patterned substrate is nearly two times of that on the planar one within the whole measured temperature range. The enhanced PL intensity in the green LED on the patterned substrate is shown completely contributed from the extraction efficiency, but not from the internal quantum efficiency. The conclusion is supported by temperature-dependent PL analysis on the two samples, and the mechanisms axe discussed.