Luminescence of a GaN grain with a nonpolar and semipolar plane in relation to microstructural characterization

We report on the growth of the high-quality GaN grain on a r-plane sapphire substrate by using a self-organized SiN interlayer as a selective growth mask.Transmission electron microscopy,scanning electron microscopy,and Raman spectroscopy are used to reveal the effect of SiN on the overgrown a-plane GaN growth.The SiN layer effectively terminates the propagation of the threading dislocation and basal plane stacking faults during a-plane GaN regrowth through the interlayer,resulting in the window region shrinking from a rectangle to a "black hole".Furthermore,strong yellow luminescence(YL) in the nonpolar plane and very weak YL in the semipolar plane on the GaN grain is revealed by cathodoluminescence,suggesting that C-involved defects are responsible for the YL.     

Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似方法,计算了Al,Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质,分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率,而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变,只是光学带隙变宽;通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理,为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知,所得出的计算结果与现有文献符合得很好. 关键词： GaN晶体 电子结构 光学性质 掺杂     

闪锌矿GaN弹性性质、电子结构和光学性质外压力效应的理论研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势方法,结合广义梯度近似(GGA)下的RPBE和局域密度近似(LDA)的CA-PZ交换-关联泛函对闪锌矿结构的GaN在高压的性质进行了系统研究. 计算结果表明:弹性常数、体模量、杨氏模量和能隙都具有明显的外压力效应,计算结果与实验值和理论值很好的符合. 同时利用计算的能带结构和态密度系统分析了GaN的介电函数、折射率、反射率、吸收系数和能量损失函数等光学性质及其外压力效应. 分析结果为GaN的设计与应用提供了理论依据. 关键词： 第一性原理计算 电子结构 光学性质 闪锌矿GaN     

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.     

1.2 kW C波段固态高效率GaN微波源研制

针对传统大功率Si,GaAs固态微波源效率低和高温度性能差的不足,采用导热系数优良的宽禁带GaN单元功放模块集成、低损耗同轴波导径向空间功率合成方法,研制出一种1.2 kW全固态C波段高效率宽禁带GaN微波源。实验结果表明：该方法实现了大功率固态微波源高效率及连续长时间高温风冷散热运行,系统安全可靠。单路功放模块集成6位移相器,移相精度5.6,增益35 dB,输出功率大于31 W。系统连续波输出功率1.2 kW ,总效率30%,谐波抑制-54.8 dBc;杂散-63.69 dBc,相位噪声-94.03 dBc/Hz@1kHz。     

N掺杂TiO_2纳米管阵列的制备与性质研究

本文采用阳极氧化法制备了孔径为60-80nm,孔壁厚约为20-30nm的高有序度TiO2纳米管。将制备的TiO2纳米管经表面酸化后在浓氨水中浸泡,并于氮气气氛中进行退火处理,以实现TiO2纳米管的N掺杂。利用SEM、XRD、Raman和XPS对样品的形貌与结构进行了研究。结果显示,掺N后不会破坏阳极氧化形成的高有序纳度米管阵列,而且N的引入促进了TiO2纳米管在低温下由锐钛矿相向金红石相的转变。N掺杂样品的XPS中出现了结合能位于399.7 eV的峰,该峰来源于TiO2的间隙氮杂质,显示此方法在TiO2纳米管中实现了有效的N的掺杂。     

Efficiency enhancement of InGaN based blue light emitting diodes with InGaN/GaN multilayer barriers

The advantages of InGaN based light-emitting diodes with InGaN/GaN multilayer barriers are studied.It is found that the structure with InGaN/GaN multilayer barriers shows improved light output power,lower current leakage,and less efficiency droop over its conventional InGaN/GaN counterparts.Based on the numerical simulation and analysis,these improvements on the electrical and the optical characteristics are mainly attributed to the alleviation of the electrostatic field in the quantum wells(QWs) when the InGaN/GaN multilayer barriers are used.     

F离子注入新型Al0．25Ga0．75N／GaNHEMT器件耐压分析

为了缓解AlGaN／GaNhighelectronmobilitytransistors（HEMT）器件n型GaN缓冲层高的泄漏电流,本文提出了具有氟离子注入新型Al0．25Ga0．75N／GaNHEMT器件新结构．首先分析得出n型GaN缓冲层没有受主型陷阱时,器件输出特性为欧姆特性,这样就从理论和仿真方面解释了文献生长GaN缓冲层掺杂Fe,Mg等离子的原因．利用器件输出特性分别分析了栅边缘有和没有低掺杂漏极时,氟离子分别注入源区、栅极区域和漏区的情况,得出当氟离子注入源区时,形成的受主型陷阱能有效俘获源极发射的电子而减小GaN缓冲层的泄漏电流,击穿电压达到262v通过减小GaN缓冲层体泄漏电流,提高器件击穿电压,设计具有一定输出功率新型A1GaN／GaNHEMT提供了科学依据．     

Intersubband transitions in In_xAl_(1-x)N/In_yGa_(1-y)N quantum well operating at 1.55 μm

In this paper, we theoretically study the effects of doping concentration NDand an external electric field on the intersubband transitions in InxAl(1-x)N/InyGa(1-y)N single quantum well by solving the Schr¨odinger and Poisson equations self-consistently. Obtained results including transition energies, the band structure, and the optical absorption have been discussed. The lowest three intersubband transitions(E2- E1),(E3- E1), and(E3- E2) are calculated as functions of doping concentration ND. By increasing the doping concentration ND, the depletion effect can be reduced, and the ionized electrons will compensate the internal electric field which results from the spontaneous polarization. Our results show that an optimum concentration NDexists for which the transition 0.8 eV(1.55 μm) is carried out. Finally, the dependence of the optical absorption α13(ω) on the external electric field and doping concentration is studied. The maximum of the optical absorption can be red-shifted or blue-shifted through varying the doping concentration and the external electric field. The obtained results can be used for designing optical fiber telecommunications operating at 1.55 μm.     

MOVPE生长GaN的表面反应机理

利用量子化学的 DFT 理论,对 MOVPE 生长 GaN 薄膜的表面初始反应机理进行研究。通过计算GaCH3和NH3在GaN(0001)-Ga面的4种吸附位的能量曲线发现,GaCH3在各吸附位的吸附能差值不大,因此容易在表面迁移;而NH3在各吸附位的吸附能差值较大,最稳定吸附位为Top位,迁移到其他位置需要克服较大能垒。在此基础上,提出了以NH3和 GaCH3为表面生长基元,在GaN(0001)-Ga面连续生长,最终形成环状核心的二维生长机理：在环状核心形成过程中,第1个GaN核生长需要3个NH3和1个GaCH3,可表示为Ga( NH2)3。第2个GaN核生长可利用已有的1个N作为配位原子,故只需2个NH3和1个GaCH3。2个GaN核可表示为( NH2)2 Ga-NH-Ga( NH2)2。第3个GaN核生长可利用已有的2个N作为配位原子,故只需要1个NH3和1个GaCH3。3个GaN核构成环状核心,可表示为Ga3( NH)3( NH2)3。后续的生长将重复第2个核和第3个核的生长过程,从而实现GaN薄膜的连续台阶生长。