Degradation behaviors of high power GaN-based blue light emitting diodes

The degradation mechanism of high power InGaN/GaN blue light emitting diodes(LEDs)is investigated in this paper.The LED samples were stressed at room temperature under 350-mA injection current for about 400 h.The light output power of the LEDs decreased by 35%during the first 100 h and then remained almost unchanged,and the reverse current at 5 V increased from 10 9A to 10 7A during the aging process.The power law,whose meaning was re-illustrated by the improved rate equation,was used to analyze the light output power-injection current(L–I)curves.The analysis results indicate that nonradiative recombination,Auger recombination,and the third-order term of carriers overflow increase during the aging process,all of which may be important reasons for the degradation of LEDs.Besides,simulating L–I curves with the improved rate equation reveal that higher-than-third-order terms of carriers overflow may not be the main degradation mechanism,because they change slightly when the LED is stressed.     

MOCVD生长AlN的化学反应-输运过程数值模拟研究

针对垂直转盘式MOCVD反应器生长AlN的化学反应-输运过程进行数值模拟研究,特别探讨了反应室高度、操作压强和加合物衍生的三聚物对AlN生长的化学反应路径的影响.研究结果表明,AlN在MOCVD生长中以Al(CH3)3和NH3的加合路径为主,Al(CH3)3的热解路径很弱;加合路径衍生的二聚物是薄膜生长的主要前体,三聚物是纳米粒子的主要前体;降低反应室高度,寄生反应减弱,热解路径加强,使生长速率增大;增大压强,寄生反应加剧,使生长速率下降;添加由三聚物参加的表面反应后,生长速率提高了近4倍,证明三聚物不参加薄膜生长,只是提供纳米粒子前体.     

空气和氧气气氛下p-GaN/Ni/Au合金性质

研究了p-CaN上的Au／Ni双金属层在空气气氛和氧气气氛下合金对其欧姆接触性质的影响。使用同步辐射高强度X射线衍射观察到明显的NiO衍射峰。随着合金时间的增加,NiO和Au的结晶性均明显变好,NiO的衍射峰强度随合金时间的增加而增强,同时发现Au(111)沿CaN的(0001)面择优形成单晶。测得Ni／Au-p-CaN-Ni／Au串联电阻在合金后明显降低,表明接触性质改善与结晶性的提高有关。同时发现氧气下合金比空气下合金形成NiO更快,相应的串联电阻也更快地下降。     

GaN基激光器多量子阱垒材料的研究

在(0001)蓝宝石衬底上分别用金属有机化学气相沉积技术外延生长了InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InGaN/AlInGaN多量子阱激光器结构, 并分别制作了脊形波导GaN基激光器。同步辐射X射线衍射,电注入受激发射光谱测试及光功率-电流(L-I)测试证明,相对于GaN垒材料,InGaN垒材料,AlInGaN四元合金垒材料更能改善多量子阱的晶体质量,提高量子阱的量子效率及降低激光器阈值电流。相关的机制为：组分调节合适的四元合金垒层中Al的掺入使得量子阱势垒高度增加,阱区收集载流子的能力增强;In的掺入能更多地补偿应力,减少了由于缺陷和位错所产生的非辐射复合中心密度;In的掺入还减小了量子阱中应力引致的压电场,电子空穴波函数空间交叠得以加强,使得辐射复合增加。     

三元系和四元系GaN基量子阱结构的显微结构

GaN基量子阱是光电子器件如发光二极管、激光二极管的核心结构。实验表明,采用InGaN/GaN三元和AlInGaN/GaN四元两种不同量子阱结构的激光二极管的发光性质和发光效率有明显差别,研究了这两种不同量子阱结构的显微特征。利用原子力显微镜表征了样品的(001)面;通过高分辨X射线衍射对两种量子阱结构的(002)面作ω/2θ扫描测得其卫星峰并分析了两种不同量子阱结构的界面质量;利用X射线衍射对InGaN/GaN和AlInGaN/GaN这两种量子阱的(002)、(101)、(102)、(103)、(104)、(105)和(201)面做ω扫描,进而得到其摇摆曲线。最后利用PL谱研究了它们的光学性能。通过这些显微结构的分析和研究,揭示了InGaN/GaN三元和AlInGaN/GaN四元两种不同量子阱结构宏观性质不同的结构因素。     

Influence of Width of Left Well on Intersubband Transitions in AlxGa1-x N/GaN Double Quantum Wells

Influence of width of left well in AlxGa1-xN/GaN double quantum wells （DQWs） on absorption eoefficients and wavelengths of the intersubband transitions （ISBTs） is investigated by solving the Sehroedinger and Poisson equations self-consistently. When the width of left well is 1.79 nm, three-energy-level DQWs are realized. The ISBT between the first odd and second odd order subbands （the lodd-2odd ISBT） has a comparable absorption eoefficient with the lodd-2even ISBT. Their wavelengths are located at 1.3 and 1.55 μm, respectively. When the width of left well is 1.48nm, a four-energy-level DQWs is realized. The calculated results have a possible application to ultrafast two-eolour optoeleetronie devices operating within the optical communication wavelength range.     

薄膜材料光学参量的测量

介绍了薄膜材料光学参量测量实验的原理和方法以及对GaN膜的测量结果。     

GaN基LED电流扩展的有限元模型及电极结构优化

针对目前蓝宝石衬底上外延生长制备的GaN基半导体发光二极管(LED)器件存在电流分布不均匀的问题,建立了LED的电流扩展模型,提出了定量评价其特性的参数和标准。通过用有限元方法计算LED中电流的三维空间分布,对不同的电极结构进行了定量的比较,给出了优化的电极结构。计算结果显示,在相同工艺参数下,采用插指型电极结构的LED与采用传统型电极结构和扩展正极型电极结构的LED相比,电流扩展更均匀,串联电阻更小。在此基础上,对插指型电极结构作了进一步的参数优化,得出了使LED的串联电阻取最小值时的插指型电极的结构参数。根据优化得到的参数制作了相应的LED样品,并与采用扩展正极型电极结构的LED做了对比实验。实验结果表明,计算得出的结果与实验结果符合得很好。采用了优化后的插指型电极结构的LED与采用扩展正极型电极结构的LED相比,前者的串联电阻仅为后者的44.4%。     

Mid-gap photoluminescence and magnetic properties of GaMnN films grown by metal–organic chemical vapor deposition

Metal-organic chemical vapor deposition （MOCVD） grown ferromagnetic GaMnN films are investigated by photo- luminescence （PL） measurement with a mid-gap excitation wavelength of 405 nm. A sharp PL peak at 1.8 eV is found and the PL intensity successively decreases with the addition of Mn, in which the Mn concentration of sample A is below 1% （[Mn]A =0.75%） but its PL intensity is stronger than other samples＇. The 1.8-eV PL peak is attributed to the recombination of electrons in the t2 state of the neutral Mn3＋ acceptor with holes in the valence band. With Mn concentration increasing, the intensity of the PL peak decreases and the magnetic increment reduces in our samples. The correlation between the PL peak intensity and ferromagnetism of the samples is discussed in combination with the experimental results.     

太阳能电池在微生物燃料电池中的光电催化性能研究

微生物燃料电池（microbialfuelcell,MFC）是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能并可同时降解废水的一种装置．本文针对目前MFC输出功率密度小、工作效率低等缺点,提出了利用半导体光催化和微生物催化协同作用构建新型MFC体系的设想,即将半导体太阳能电池串入MFC体系,组成“光电池．微生物电池”新型电池体系．实验结果表明,在光照的作用下,新型MFC体系的开路电压、短路电流和最大输出功率密度,与普通MFC体系相比,均有了明显的提高．光电催化作用的引入,有效地改善了MFC体系阴极的接受电子的能力,使阳极提供电子的能力得到最大限度的发挥,既给MFC体系的运转提供了一部分动力,也为MFC体系提高污染物的降解速率提供了基础．此项研究对解决能源危机和环境污染具有重要意义．