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.     

红橙光InGaN/GaN量子阱的结构与光学性质研究

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术生长了具有高In组分InGaN阱层的InGaN/GaN多量子阱(MQW)结构,高分辨X射线衍射(HRXRD)ω-2θ扫描拟合得到阱层In含量28%。比较大的表面粗糙度表明有很大的位错密度。室温下光致荧光(PL)研究发现该量子阱发射可见的红橙光,峰位波长在610 nm附近。变温PL(15～300 K)进一步揭示量子阱在低温下有两个发光机制,对应的发射峰波长分别为538 nm和610 nm。由于In分凝和载流子的局域化导致的载流子动力改变,使得量子阱PL发光峰值随温度增加呈明显的"S"变化趋势。     

生长停顿改善MOCVD生长InGaN/GaN多量子阱的特性

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)生长了InGaN/GaN多量子阱(MQWs)结构,研究了生长停顿对InGaN/GaN MQWs特性的影响.结果表明,采用生长停顿,可以改善MQWs界面质量,提高MQWs的光致发光(PL)与电致发光(EL)强度;但生长停顿的时间过长,阱的厚度会变薄,界面质量变差,不仅In组分变低,富In的发光中心减少,而且会引入杂质,致使EL强度下降.     

InGaN/GaN多量子阱太阳电池的研制及特性研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱外延结构,高分辨率X射线衍射测量结果显示,量子阱结构界面清晰,周期重复性很好,InGaN阱层的In组分约为0.2。利用该外延结构制备的InGaN/GaN多量子阱太阳电池的开路电压为2.16V,转换效率达到了0.64%。器件的I-V测量结果显示,在光照条件下,曲线的正向区域存在一明显的"拐点"。随着聚光度的减小,I-V曲线的"拐点"逐渐向高电压区域移动,同时器件的开路电压也随之急剧下降。通过与理论计算对比,发现器件开路电压的下降幅度明显大于理论计算值。进一步分析表明,InGaN量子阱的极化效应不仅是I-V曲线产生拐点以及器件开路电压下降过快的主要原因,也是影响氮化物太阳电池性能的关键因素之一。     

生长温度对InGaN/GaN多量子阱LED光学特性的影响

利用低压MOCVD系统,在蓝宝石衬底上外延生长了InGaN/GaN多量子阱蓝紫光LED结构材料.研究了生长温度对有源层InGaN/GaN多量子阱的合金组分、结晶品质及其发光特性的影响.结果表明当生长温度从730℃升到800℃时,LED的光致发光波长从490nm移到380nm,室温下PL谱发光峰的半高全宽从133meV降到73meV,表明了量子阱结晶性的提高.高温生长时,PL谱中还观察到了GaN的蓝带发光峰,说明量子阱对载流子的限制作用有所减弱.研究表明,通过改变生长温度可以对LED发光波长及有源层InGaN的晶体质量实现良好的控制.     

Si掺杂的AlGaInP/GaInP多量子阱光学特性

低压MOCVD方法生长了掺Si与不掺Si的AlGaInP/GaInP多量子阱结构,运用X射线双晶衍射与光荧光技术研究了掺Si对量子阱性能的影响.测试结果表明掺Si使量子阱的生长速度增加,掺Si量子阱的光荧光强度比未掺Si量子阱的光荧光强度改善了一个数量级.     

阱宽和垒厚对lnGaN/GaN多量子阱结构光电特性的影响

通过求解修正的基于K·p方法的有效质量哈密顿方程并与泊松方程进行自洽,得到在极化效应影响下的不同阱宽和垒厚的InGaN/GaN多量子阱导带和价带的能带结构,并计算了不同多量子阱结构的自发辐射谱.仿真结果表明:阱宽和垒厚对InGaN/GaN多量子阱结构的光电子学特性有很大的影响.随着阱宽和垒厚的增加,InGaN/GaN多...     

GaN基蓝光LED的多量子阱结构优化

基于量子阱结构中载流子遂穿势垒原理,使用APSYS软件模拟不同条件下具有不同垒高、垒宽及阱宽的发光二极管（LED）的I-V特性、光强和内量子效率（IQE）的变化,发现自发发射光谱存在红移现象。通过与传统LED的多量子阱（MQW）参数比较发现,当阱宽为2 nm、垒宽为4 nm、垒中In含量为0.08和驱动电流为20mA时...     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

Influence of Mg Doping on the Morphological, Optical, and Structural Properties of InGaN/GaN Multiple Quantum Wells

In this report, the influence of magnesium doping on the characteristics of InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) was investigated by means of atomic force microscopy (AFM), photoluminescence (PL), and X-ray diffraction (XRD). Five-period InGaN/GaN MQWs with different magnesium doping levels were grown by metalorganic chemical vapor deposition. The AFM measurements indicated that magnesium doping led to a smoother surface morphology. The V-defect density was observed to decrease with increasing magnesium doping concentration from ∼10⁹ cm⁻² (no doping) to ∼10⁶ cm⁻² (Cp₂Mg: 0.04 sccm) and further to 0 (Cp₂ Mg: 0.2 sccm). The PL measurements showed that magnesium doping resulted in stronger emission, which can be attributed to the screening of the polarization-induced band bending. XRD revealed that magnesium doping had no measurable effect on the indium composition and growth rate of the MQWs. These results suggest that magnesium doping in MQWs might improve the optical properties of GaN photonic devices.     

LP—MOCVD生长InGaN及InGaN／GaN量子阱的研究

利用MOCVD系统在Al2O3衬底上生长InGaN材料和InGaN/GaN量子阱结构材料，研究发现InGaN材料中In组份几乎不受TMG与TMI的流量比的影响，而只与生长温度有关，生长温度由800℃降低到740℃，In组份的从0.22增加到0.45；室温InGaN光致发光光谱（PL）峰全半高宽（FWHM）为15.5nm;InGaN/GaN量子阱区InGaN的厚度2nm，但光荧光的强度与100nm厚InGaN的体材料相当。     

GaN{11-22}半极性面上生长InGaN/GaN多量子阱的研究

利用选择性横向外延技术生长{11-22}半极性面GaN模板,并利用半极性面模板生长InGaN/GaN多量子阱结构。结果表明,生长出的GaN模板由半极性面{11-22}面和c面组成,多量子阱具有390nm和420 nm的双峰发光特性,局域阴极发光(CL)测试表明390 nm附近的发光峰来源于半极性面上的量子阱发光,而420 nm左右的发光峰源于c面量子阱发光。c面量子阱发光相对于斜面量子阱发光发生显著红移是因为在选择性横向外延生长过程中,In组分相比Ga较易从掩模区域向窗口中心区域迁移,形成了中心高In组分的c面量子阱,而半极性面上InGaN/GaN多量子阱量子限制斯塔克效应相比于极性面会减弱,此外,相同生长条件下半极性面的生长速率低于极性c面的生长速率。     

Determination of the direction of piezoelectric field in InGaN/GaN multiple quantum-well structures grown by metal-organic chemical vapor deposition

The direction of the piezoelectric field in InGaN/GaN multiple quantum-well (MQW) structures grown by metal-organic vapor deposition (MOCVD) was determined using excitation-power-density variable photoluminescence (PL). By comparing the excitation-power-density dependence of the shift of the PL peak and the change of the full-width at half-maximum (FWHM) of the peak from an InGaN/GaN MQW structure and an InGaN MQW-based light-emitting diode (LED), the piezoelectric field in the InGaN/GaN MQW structures was unambiguously determined to be pointing toward the substrate. This result helps to identify the surface polarity of the LED wafer as Ga-faced.     

InGaN/GaN超晶格垒层用于InGaN发光二极管发光增强研究

设计了InGaN/GaN超晶格垒层替代p-GaN和n-GaN附近传统GaN垒层的InGaN/GaN多量子阱(MQW)发光二极管(LEDs)结构。通过数值方法模拟出两种LED结构的光功率-电压(L-V)曲线、电致发光(EL)谱、能带图、电子浓度分布和辐射复合速率。结果表明InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层的LED结构比替代p-GaN附近GaN垒层的LED显示出更高的发光强度。这种发光增强的原因是InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层可以提高电子注入效率和辐射复合速率。     

Enhancement of Green Emission from InGaN/GaN Multiple Quantum Wells via Coupling to Surface Plasmons in a Two‐Dimensional Silver Array

A novel approach to enhancing the emission efficiency of InGaN/GaN multiple quantum wells via coupling to surface plasmons (SPs) in a periodic two‐dimensional silver array is demonstrated. A higher internal quantum efficiency and a higher light extraction efficiency are simultaneously achieved by engraving an array of nanoholes into the p‐GaN cladding layer, followed by partial filling with silver. By top excitation and collection from the top of the Ag‐incorporated light emitting diodes (LEDs), a 2.8‐fold enhancement in peak photoluminescence intensity is demonstrated. The proposed nanoengraving technique offers a practical approach to overcoming the limitation of the exponentially decayed SP field without sacrificing the thickness of the p‐GaN layer and to controlling the effective coupling energy. The approach is feasible for high‐power lighting applications.     

InGaN/GaN MQW双波长LED的MOCVD生长

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)系统生长了InGaN/GaN多量子阱双波长发光二极管(LED).发现在20 mA正向注入电流下空穴很难输运过蓝光和绿光量子阱间的垒层,这是混合量子阱有源区获得双波长发光的主要障碍.通过掺入一定量的In来降低蓝光和绿光量子阱之间的垒层的势垒高度,增加注入到离p-GaN层较远的绿光有源区的空穴浓度,从而改变蓝光和绿光发光峰的强度比.研究了蓝光和绿光量子阱间垒层In组分对双波长LED的发光性质的影响.此外,研究了双波长LED发光特性随注入电流的变化.     

量子限制效应对限制在多量子阱中受主束缚能的影响

从实验和理论上,研究了量子限制效应对限制在GaAs/AIAs多量子阱中受主对重窄穴束缚能的影响.实验中所用的样品是通过分子束外延技术生长的一系列GaAs/AIAs多量子阱,量子阱宽度从3nm到20nm,并且在量子阱中央进行了浅受主铍(Be)原子的δ掺杂.在4,20,40,80和120K不同温度下,分别对上述系列样品进行了光致发光谱(PL)的测量,清楚地观察到了受主束缚激子从ls3/2(Г6)基态到同种宇称2s3/2(Г6)激发态的两空穴跃迁,并且从实验上测得了在不同量子阱宽度下受主的束缚能.理论上应用量子力学中的变分原理,数值计算了受主对重空穴束缚能随量子阱宽度的变化关系,比较发现理论计算和实验结果符合较好.