硅基InGaN/GaN多量子阱微盘器件的发光、探测和数据传输

光源和探测器的集成可有效促进轻量化和小型化光电系统的发展,InGaN/GaN多量子阱器件中发光与探测共存现象为收发一体芯片的设计提供了可能。本文采用标准半导体工艺制备了硅片上集成的圆盘形InGaN/GaN多量子阱阵列器件,并对其发光、探测以及基本通信特性进行了研究。微盘型器件中的共振模式有助于提升其探测特性,同时各向同性的辐射特性有助于器件作为光源时与探测器在空间上的耦合。作为光源,该器件的开启电压为2.5 V,中心波长455 nm,-3 dB带宽为5.4 MHz。作为探测器,该器件对紫外到蓝光波段的光有响应,探测性能随波长增加而减弱,截止波长450 nm。在365 nm光源激发下,该器件具有最高开关比7.2×10^(4),下降沿时间为0.41 ms。同时,基于单个微盘器件,本文构建并演示了半双工通信系统,在不同频段实现数据传输。这项研究对于电驱动光源制备以及收发一体的光通信具有重要意义。

硅基GaN单片功率集成电路的研制

研制了一款基于硅基GaN工艺,包含增强型器件、耗尽型器件和整流二极管的硅基GaN单片功率集成电路,实现了逻辑驱动电路和功率器件的集成。重点对增强型器件制作工艺流程进行研究,同时,优化“T”型栅栅脚电场工艺。经过测试,硅基GaN单片功率集成电路的最大电流大于600 mA。研制结果验证了全GaN工艺实现逻辑驱动电路和功率器件系统集成的可行性,为复杂功能电路的开发提供方向和思路。

InGaN/GaN量子阱垒层和阱层厚度对GaN基激光器性能的影响及机理

采用LASTIP软件研究了InGaN/GaN(In组分为15%)量子阱垒层和阱层厚度对GaN基蓝紫光激光器性能的影响及机理.模拟计算结果表明,当阱层太薄或太厚时,GaN基激光器的阈值电流增加、输出功率下降,最优的阱层厚度为4.0 nm左右;当阱层厚度太薄时,载流子很容易泄漏,而当阱层厚度太厚时,极化效应导致发光效率降低,研究还发现,与垒层厚度为7 nm相比,垒层厚度为15 nm时激光器的阈值电流更低、输出功率更高,因此适当地增加垒层厚度能显著抑制载流子泄漏,从而改善激光器性能.

硅衬底生长的InGaN/GaN多层量子阱中δ型硅掺杂n-GaN层对载流子复合过程的调节作用

为了解决在单晶硅衬底上生长的InGaN/GaN多层量子阱发光二极管器件发光效率显著降低的问题,使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为n型层释放多层界面间的张应力。采用稳态荧光谱及时间分辨荧光谱测量,提取并分析了使用该方案前后的多层量子阱中辐射/非辐射复合速率随温度(10～300K)的变化规律。实验结果表明引入δ-Si掺杂的n-GaN层后,非辐射复合平均激活能由(18±3)meV升高到(38±10)meV,对应非辐射复合速率随温度升高而上升的趋势变缓,室温下非辐射复合速率下降,体系中与阱宽涨落有关的浅能级复合中心浓度减小,PL峰位由531nm左右红移至579nm左右,样品PL效率随温度的衰减受到抑制。使用周期性δ型Si掺杂的GaN取代Si均匀掺杂的GaN作为生长在Si衬底上的InGaN/GaN多层量子阱LED器件n型层,由于应力释放,降低了多层量子阱与n-GaN界面、InGaN/GaN界面的缺陷密度,使得器件性能得到了改善。

基于氮化镓GaN硅衬底的LED

蓝宝石虽然稳坐衬底材料的龙头地位,但随着产业的不断发展,竞争日趋激烈,基于蓝宝石衬底的技术发展变缓,再加上其成本高昂、专利壁垒等问题,众多专家与工程师开始寻求性价比更高的解决方案:不同的衬底材料,硅衬底被业界寄予了很高的厚望。

世界首个8英寸无色散常闭式／增强型硅基GaN功率器件问世

比利时微电子研究中心（IMEC）在200mm／8英寸（20．32cm）硅基上成功开发出了200V和650V无色散常闭式／增强型氮化镓（GaN）功率器件。该器件具有超低动态导通电阻（20％以下）、先进的性能和再现性，以及良好的可靠性。

阳极氧化铝作缓冲层的Si基GaN生长

尝试了Si基上生长GaN外延层的一种新的缓冲层材料 -阳极氧化铝。在Si(111)衬底上电子束蒸发铝膜 ,经阳极氧化后放入MOCVD系统中退火 ,然后进行GaN外延生长。对材料的微结构和电学性质进行了测量和分析 ,并将得到的GaN材料制备成光导型的紫外光电探测器 ,器件在 330～ 380nm紫外光区域有明显响应 ,最高响应度为 3.5A/W (5V偏压 )。

影响GaN基蓝光LED能带结构与光谱特性关系的仿真研究

本文采用Silvaco TCAD软件对GaN基InGaN/GaN量子阱蓝光发光二极管(LED)的光谱特性进行了仿真研究。研究结果表明:光谱会随着注入电压的增加而产生蓝移现象,并出现0.365μm处的紫外光发光峰;发光效率在正向电流较小时增长很快,随着正向电流进一步增加而逐渐趋于饱和;随着量子阱中In组分和量子阱阱层厚度的增加,发光光谱出现红移现象,并且发光效率下降。仿真结果对GaN基InGaN/GaN量子阱结构蓝光LED的设计和优化提供一定的依据。

量子阱结构对含V形坑InGaN/GaN蓝光LED效率衰减的影响

使用MOCVD在图形化Si衬底上生长了含V形坑的InGaN/GaN蓝光LED。通过改变生长温度,生长了禁带宽度稍大的载流子限制阱和禁带宽度稍小的发光阱,研究了两类量子阱组合对含V形坑InG aN/GaN基蓝光LED效率衰减的影响。使用高分辨率X射线衍射仪和LED电致发光测试系统对LED外延结构和LED光电性能进行了表征。结果表明:限制阱靠近n层、发光阱靠近p层的新型量子阱结构,在室温75 A/cm^2时的外量子效率相对于其最高点仅衰减12.7%,明显优于其他量子阱结构的16.3%、16.0%、28.4%效率衰减,且只有这种结构在低温时(T≤150 K)未出现内量子效率随电流增大而剧烈衰减的现象。结果表明,合理的量子阱结构设计能够显著提高电子空穴在含V形坑量子阱中的有效交叠,促进载流子在阱间交互,提高载流子匹配度,抑制电子泄漏,从而减缓效率衰减、提升器件光电性能。

多量子阱垒结构优化提高GaN基LED发光效率研究

为了解决由于极化效应引起的漏电流影响发光效率的问题,以k.p理论为基础建立多量子阱模型,分析研究了GaN基LED中不同的InGaN/InGaN多量子阱发光层势垒结构。基于化合物半导体器件的电学、光学和热学属性的有限元分析,设计与优化多量子阱中靠近P型AlGaN电子阻档层倒数第二层势垒,显著提高了光输出功率,减少漏电流.数值模拟分析表明,改良多量子阱势垒能够大幅提高高亮度、高功率器件结构光电特性。

基于GaN的高功率密度快充正快速成长

1看好哪类GaN功率器件的市场?2020—2021年硅基氮化镓(GaN)开关器件的商用化进程和5年前(编者注:指2016年)市场的普遍看法已经发生了很大的变化,其中有目共睹的是基于氮化镓件的高功率密度快充的快速成长。这说明影响新材料市场发展的,技术只是众多因素当中的1个。

硅衬底LED芯片主要制造工艺

1993年世界上第一只GaN基蓝色LED问世以来，LED制造技术的发展令人瞩目。目前国际上商品化的GaN基LED均是在蓝宝石衬底或SiC衬底上制造的。但蓝宝石由于硬度高、导电性和导热性差等原因，对后期器件加工和应用带来很多不便，SiC同样存在硬度高且成本昂贵的不足之处，而价格相对便宜的Si衬底由于有着优良的导热导电性能和成熟的器件加工工艺等优势，

世界首次Plessey宣布开发出硅基InGaN红光LED

日前,英国Micro LED公司Plessey发布新闻稿称,宣布开发出世界上首个硅基InGaN红光LED。尽管InGaN基蓝光和绿光LED都已商用量产,但红光LED通常基于AlInGaP材料或颜色转换的红光。对于AR应用来说,由于AlInGaP材料的严重边缘效应和颜色转换过程造成的腔损耗,实现高效超小间距红色像素(<5μm)仍然遥不可及。

英飞凌将与松下电器联袂推出常闭型600VGaN功率器件

近日，英飞凌和松下电器宣布，两家公司已达成协议，将联合开发采用松下电器的常闭式（增强型）硅基板氮化镓（GaN）晶体管结构，与英飞凌的表贴（SMD）封装的GaN器件。在此背景下，松下电器向英飞凌授予了使用其常闭型GaN晶体管结构的许可。按照这份协议的规定，两家公司均可生产高性能GaN器件。由此带来的益处是客户可以从两条渠道获得采用可兼容封装的GaN功率开关。迄今为止，没有任何其他硅基板GaN器件提供了这样的供货组合。

Siltronic AG加入IMEC研究硅基GaN

世创电子材料公司Siltronic AG和比利时微电子研究机构IMEC达成一场协议,双方的合作属于IMEC氮化镓工业联盟计划(IIAP)中的一部分,目的是为下一代LED以及功率半导体原件提供能够在200 mm的硅晶片上生长的GaN层。

在大直径硅基板上生长GaN薄膜的批量生产技术

日本太阳日酸公司与名古屋工业大学签订了共同研究契约，研究在大直径硅基板上生长GaN薄膜的批量生产技术和功率器件的评价技术。GaN与SiC一样，作为替代硅系材料的下一代节能器件用材料，其开发正在进行。特别是GaN，期待用于空调、照明、手机、汽车电装品等中低压领域。在同名古屋工业大学的共同研究中，将使用太阳日酸公司生产交付给名古屋工业大学产学官联合成立的“氮化物半导体多业务创生中心”的具有世界最大处理能力的MOCDV（有机金属气相生长）装置。

LP-MOCVD生长InGaN及InGaN/GaN量子阱的研究

利用 MOCVD系统在 Al2 O3衬底上生长 In Ga N材料和 In Ga N/ Ga N量子阱结构材料。研究发现 ,In Ga N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 80 0℃降低到 74 0℃ ,In组份的从 0 .2 2增加到 0 .4 5 ;室温 In Ga N光致发光光谱 (PL)峰全半高宽 (FWH M)为 15 .5 nm;In Ga N/ Ga N量子阱区 In Ga N的厚度 2 nm,但光荧光的强度与 10 0 nm厚 In Ga N的体材料相当。

Si(110)和Si(111)衬底上制备InGaN/GaN蓝光发光二极管

分别在Si(110)和Si(111)衬底上制备了In Ga N/Ga N多量子阱结构蓝光发光二极管(LED)器件.利用高分辨X射线衍射、原子力显微镜、室温拉曼光谱和变温光致发光谱对生长的LED结构进行了结构表征.结果表明,相对于Si(111)上生长LED样品,Si(110)上生长的LED结构晶体质量较好,样品中存在较小的张应力,具有较高的内量子效率.对制备的LED芯片进行光电特性分析测试表明,两种衬底上制备的LED芯片等效串联电阻相差不大,在大电流注入下内量子效率下降较小;但是,相比于Si(111)上制备LED芯片,Si(110)上LED芯片具有较小的开启电压和更优异的发光特性.对LED器件电致发光(EL)发光峰随驱动电流的变化研究发现,由于Si(110)衬底上LED结构中阱层和垒层存在较小的应力/应变而在器件中产生较弱的量子限制斯塔克效应,致使Si(110)上LED芯片EL发光峰随驱动电流的蓝移量更小.

掺稀土半导体光电特性和应用

结合我们近年来在掺稀土硅基材料和Ⅲ Ⅴ族化合物半导体材料的发光研究,简述目前国际上在这方面研究的新进展。重点介绍掺铒硅基发光和掺稀土GaN发光材料和器件的研究结果。