Si衬底InGaN/GaN多量子阱LED外延材料的微结构

用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为10acm-2量级,其中多数为b=1/3〈112-0〉的刃位错.     

Si衬底GaN基多量子阱外延材料的TEM研究

本文采用高分辨透射电子显微技术对在Si衬底生长的GaN基多量子阱外延材料的位错特征、外延层与衬底的晶体取向关系及界面的结晶形态等微观结构进行了分析和研究.结果表明:Si衬底生长的GaN与衬底有一定的取向关系;材料在MQW附近的穿透位错密度达108 cm-2量级,且多数为刃型位错;样品A的多量子阱下方可见平行于界面方向的...     

Si衬底MOCVD生长GaN/InGaN多量子阱缺陷TEM研究

用透射电子显微镜对Si衬底生长GaN/InGaN多量子阱材料进行横断面测试,在衬底和缓冲层区域进行高分辨电子显微成像(HRTEM)、电子衍射衬度成像、选区电子衍射成像,在量子阱附近区域进行了双束近似电子衍衬像对其位错特性进行研究;用场发射扫描电子显微镜对饱和KoH溶液腐蚀前后材料成像.结果发现,AIN缓冲层具有多孔结构,高温GaN层位错平均密度达108cm-2,同扫描电子显微镜得到的六角腐蚀坑密度一致,量子阱以下发现大量位错发生90°弯曲,而使穿过量子阱位错密度大大降低.在线位错中,以刃位错居多,其次是混合位错,所观察区域几乎未见螺位错.     

Si衬底MOCVD生长GaN/InGaN多量子阱缺陷TEM研究

用透射电子显微镜对Si衬底生长GaN/InGaN多量子阱材料进行横断面测试,在衬底和缓冲层区域进行高分辨电子显微成像(HRTEM)、电子衍射衬度成像、选区电子衍射成像,在量子阱附近区域进行了双束近似电子衍衬像对其位错特性进行研究;用场发射扫描电子显微镜对饱和KoH溶液腐蚀前后材料成像.结果发现,AIN缓冲层具有多孔结构,高温GaN层位错平均密度达108cm-2,同扫描电子显微镜得到的六角腐蚀坑密度一致,量子阱以下发现大量位错发生90°弯曲,而使穿过量子阱位错密度大大降低.在线位错中,以刃位错居多,其次是混合位错,所观察区域几乎未见螺位错.     

Si衬底GaN外延材料六角形缺陷分析

通过改变AlN形核层的生长温度分别在Si(111)衬底上生长了两个GaN样品,并对GaN外延材料表面的六角形缺陷进行了分析研究。通过显微镜和扫描电镜(SEM)观测发现,AlN形核层在高温下生长时,GaN材料表面会产生大量六角形缺陷。通过电子能谱(EDS)分析得出GaN六角形缺陷中含有大量的Si元素以及少量的Ga和Al元素,其中Si元素从Si衬底中高温扩散而来。在降低AlN形核层的生长温度后,GaN材料表面的六角形缺陷随之消失。表明AlN形核层在较低的温度下生长时可以有效地抑制Si衬底表面Si原子的扩散,减少外延层中由于衬底Si反扩散引起的缺陷。     

硅衬底GaN基LED外延生长的研究

采用在AlN缓冲层后原位沉积SiN掩膜层,然后横向外延生长GaN薄膜.通过该法在硅衬底上获得了1.7 μm无裂纹的GaN薄膜,并在此基础上外延生长出了GaN基发光二极管(LED)外延片,其外延片的总厚度约为1.9 μm.采用高分辨率双晶X-射线衍射(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)测试分析.结果表明,GaN薄膜(0002)面的半峰全宽(FWHM)降低到403 arcsec,其表面平整度得到了很大的改善;InGaN/GaN多量子阱的界面较平整,结晶质量良好.光致发光谱表明,GaN基LED峰值波长为469.2 nm.     

硅衬底GaN基LED的研究进展

与蓝宝石衬底相比，硅衬底具有低成本、大面积、高质量、导电导热性能好等优点，普遍认为使用Si片作GaN薄膜衬底有可能实现光电子和微电子的集成，因此Si基GaN的研究受到了广泛关注。本文回顾了Si衬底GaN基LED的研究进展，同时简要介绍了在Si衬底上制备GaN基LED的实验结果，及研制出工作电压为3．6V、串联电阻为31Ω、输出功率近1mW的Si衬底GaN基蓝光LED。     

刻蚀深度对Si衬底GaN基蓝光LED性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,将其转移到新的硅基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片.本文研究了这种芯片在不同n层刻蚀深度情况下的光电特性.在切割成单个芯片之前,对尺寸为200μ×200μm的芯片分别通高达500mA的大电流在测试台上加速老化.结果表明:刻蚀深度为0.8和1.2μm的芯片相对于刻蚀深度为0.5μm的芯片,其正向电压更低且光强衰减更慢,抗静电性能随老化时间变得更稳定,刻蚀深度为0.8μm的芯片抗静电性能强于刻蚀深度为1.2μm的芯片.     

刻蚀深度对Si衬底GaN基蓝光LED性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,将其转移到新的硅基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片.本文研究了这种芯片在不同n层刻蚀深度情况下的光电特性.在切割成单个芯片之前,对尺寸为200μ×200μm的芯片分别通高达500mA的大电流在测试台上加速老化.结果表明:刻蚀深度为0.8和1.2μm的芯片相对于刻蚀深度为0.5μm的芯片,其正向电压更低且光强衰减更慢,抗静电性能随老化时间变得更稳定,刻蚀深度为0.8μm的芯片抗静电性能强于刻蚀深度为1.2μm的芯片.     

Si衬底GaN基材料及器件的研究

GaN具有禁带宽、热导率高等特点,广泛应用于光电子和微电子器件领域.Si衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统器件工艺的集成,因而具有很高的研究价值.介绍了Si衬底GaN基材料生长及特性方面的研究现状和GaN基器件的进展情况.     

InGaN/GaN多量子阱的变温发光特性研究

采用低压金属有机化学沉积方法制备了InGaN/GaN多量子阱.变温PL测量发现,量子阱发光强度具有良好的温度稳定性,随着温度升高(10～300K),发光强度只减小到1/3左右.分析认为,InGaN/GaN多量子阱的多峰发光结构是由多量子阱的组分及阱宽的不均匀引起的.随着温度升高,GaN带边及量子阱的光致发光均向低能方向移动,但与GaN带边不同,量子阱发光峰值变化并不与通过内插法得到的Varshni经验公式相吻合,而是与InN带边红移趋势一致,分析了导致这种现象的可能因素.还分析了量子阱发光寿命随温度升高而减小的原因.     

Influence of Si-Doping on the Performance of InGaN/GaN Multiple Quantum Well Solar Cells

Semiconductors - The performance of InGaN/GaN multiple quantum well (MQW) solar cells with five different Si-doping concentrations, namely 0, 4 × 1017 cm–3, 1 × 1018 cm–3, 3...     

InGaN/GaN单量子阱绿光发光二极管

采用金属有机物气相外延方法,研制了InGaN/GaN单量子阱结构的绿光发光二极管.测量了其电致发光光谱,及发光强度与注入电流的关系.室温20mA的注入电流时,发光波长峰值为530nm,半高宽为30nm.注入电流小于40mA时,发光强度随注入电流单调递增.     

InGaN/GaN单量子阱绿光发光二极管

采用金属有机物气相外延方法,研制了InGaN/GaN单量子阱结构的绿光发光二极管.测量了其电致发光光谱,及发光强度与注入电流的关系.室温20mA的注入电流时,发光波长峰值为530nm,半高宽为30nm.注入电流小于40mA时,发光强度随注入电流单调递增     

Cathodoluminescence Study of InGaN/GaN Quantum-Well LED Structures Grown on a Si Substrate

Crack-free InGaN/GaN quantum-well (QW) light-emitting diode (LED) structures were grown on a patterned Si substrate. Spatially resolved cathodoluminescence was studied on these LED wafers. Cathodoluminescence (CL) emission spectra at room temperature and low temperature (82 K) were measured. A main LED peak (∼2.7 eV) and an additional peak (∼3.1 eV) in the emission spectra at 82 K were observed. Using CL spectra mapping measurements on a cross section of the sample, it can be clearly seen that the ∼3.1 eV emission comes from the interfacial layer between the p-AlGaN and the QWs. This observation was further verified by comparing spectra of specific points on the cross section by line scanning. The origin of such emission is discussed. Cathodoluminescence images, emission spectra, and x-ray energy dispersion spectra (EDS) showed that the In composition at a specific corner of the mesa was higher than that in the rest of the mesa. Such macroscopic inhomogeneity might be caused by gas dynamics on the patterned substrate.     

面向可见光通信的硅基InGaN/GaN多量子阱波导定向耦合器光子集成芯片

利用可见光信号作为新型信息载体的光通信技术近些年来得到长足发展,为了开发新一代光子集成芯片作为可见光通信网络的终端器件,满足可见光信号发射、接收、传输与处理的复合需求,该文基于硅基InGaN/GaN多量子阱材料,设计了一种集成可见光波段微型发光二极管(LED)光源、波导定向耦合器、微型光电探测器于一体的光子集成芯片。该芯片利用InGaN/GaN多量子阱材料的发光探测共存现象,实现了上述复合功能。微型LED光源作为发射端,可以发射出蓝色波段的可见光信号,其发光强度受到注入电流的线性调制,可实现调幅可见光通信,适合作为可见光通信的发射端。微型LED光源发射的可见光信号传输进入波导定向耦合器,实现了片内有效传输耦合和光功率平均分配。经过耦合传输的可见光信号进入微型光电探测器,可以监测到与耦合传输的光信号强度相匹配的光电流。最后,可见光通信测试也表明该芯片可实现有效的可见光通信。该研究为发展面向可见光通信网络需求的复合功能光子集成芯片终端提供了更多可能性。     

预应变InGaN/GaN多量子阱发光特性调控研究

为了减弱InGaN/GaN量子阱内的压电极化场,在蓝紫光InGaN/GaN多量子阱激光器结构中采用了预应变InGaN插入层,通过变温电致发光和高分辨X射线衍射测量研究了预应变插入层对量子阱晶体质量和发光特性的影响。实验结果显示,常温下有预应变层的量子阱电致发光谱积分强度显著提高。模拟计算进一步表明,预应变层对量子阱内压电极化场有调制效果,有利于量子阱中的应力弛豫,可以有效减弱量子限制斯塔克效应,有助于提高量子阱的发光效率。     

InGaN/GaN多量子阱电池的垒层结构优化及其光学特性调控

InGaN基量子阱作为太阳电池器件的有源区时,垒层厚度设计以及实际生长对其光学特性的影响极为重要.采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术,在蓝宝石衬底上外延生长了垒层厚度较厚的InGaN/GaN多量子阱,使用高分辨X射线衍射和变温光致发光谱研究了垒层厚度对InGaN多量子阱太阳电池结构的界面质量、量子限制效应及其光学特性的影响.较厚垒层的InGaN/GaN多量子阱的周期重复性和界面品质较好,这可能与垒层较薄时对量子阱的生长影响有关.同时,厚垒层InGaN/GaN多量子阱的光致发光光谱峰位随温度升高呈现更为明显的“S”形(红移-蓝移-红移)变化,表现出更强的局域化程度和更高的内量子效率.     

纳米柱InGaN/GaN多量子阱的干法刻蚀制备技术

纳米柱GaN基多量子阱(MQW)拥有量子尺寸效应以及应变释放等特性,对于提高GaN基发光二极管(LED)的发光效率具有重要意义.采用快速热退火(RTA)形成的自组装Ni纳米颗粒作为刻蚀掩膜,利用电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE)制备纳米柱InGaN/GaN MQW.通过改变RTA温度发现在800℃以上才能有效形成Ni纳米颗粒掩膜.不同的ICP和射频(RF)功率条件下制备的纳米柱MQW光致发光强度相比于相同结构的平面MQW会发生显著变化.通过优化ICP-RIE的刻蚀条件,可以获得发光强度显著提高的纳米柱MQW结构.同时,纳米柱MQW中压电极化场的减弱会形成光致发光峰位蓝移.