抛物线型衬底InGaN/GaN发光二极管的模拟研究

针对发射到衬底中的光子,提出了一种具有抛物线型衬底结构的InGaN/GaN发光二极管,并对平面衬底和抛物线型衬底InGaN/GaN发光二极管的光子运动轨迹、发射功率角度分布和外量子效率进行了模拟计算.结果表明相对于平面衬底发光二极管,抛物线型衬底发光二极管可以充分利用发射到衬底中的光子,使其正向光子发射功率增加12.6倍,外量子效率提高1.22倍,同时具有发射准平行光的功能.

双波长InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光电特性

为了实现高显色指数和流明效率的白光发光二极管,在(0001)蓝宝石衬底上利用金属有机化学气相沉积系统,生长了双波长发射的InGaN/GaN多量子阱发光二极管结构.通过对不同In组分含量的双波长发射发光二极管结构的光致发光和电致发光性能进行分析,结果表明In组分含量对双波长发射发光二极管的光致发光谱的稳定性及发光效率有重要影响.此外,用双蓝光发射的芯片来激发YAG:Ce荧光粉实现了高显色指数白光发射.

台阶型InGaN量子阱蓝光发光二极管设计与数值模拟

一种特定发光波长（415—425nm）的台阶型InGaN构型量子阱被设计并从理论上进行考察，包括量子阱区域载流子浓度分布、自发辐射复合速率、Shockley-Read-Hall（SRH）辐射复合速率以及输出功率和内量子发光效率的分析。与传统的InGaN构型量子阱结构相比，使用台阶型InGaN构型的量子阱结构，活性区载流子浓度特别是空穴浓度得到明显的改善，输出功率和内量子效率分别提高了52．5％和52．6％。自发发光强度与传统的InGaN构型量子阱发光强度相比也有1．54倍的增强。分析结果暗示SRH非辐射复合速率积分强度的减少被认为是台阶型InGaN构型量子阱光学性能提升的主要原因。

应力补偿型InGaN-AlGaN量子阱发光二极管结构优化研究

薄的应力补偿层AlGaN的引进对InGaN量子阱结构的发光二极管输出功率和内量子效率的影响被详细考察。由理论模拟结果得知,不管是在低温还是高温,合适的应力补偿层引进都能极大改善LED器件输出功率和内量子效率。应力补偿层AlGaN的加入导致器件漏电流的降低被认为是器件效能提高的主要原因。定量优化AlGaN应力补偿层的厚度和其中Al的含量在这里也被探讨研究。计算结果表明,当应力补偿型InGaN-AlGaN量子阱结构中Al-GaN厚度为1nm,Al含量为0.25时,能够获得最大的发光功效和内量子效率。

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。

基于InGaN/GaN多量子阱双波长发光二极管生长及发光性能

对基于InGaN/GaN量子阱的蓝绿双波长发光二极管的材料生长和发光性质进行了研究.通过设计生长多组具有不同参量的外延结构,获得了优化的双波长量子阱结构参量,指出量子阱位置的分布、蓝绿阱间垒的宽度以及材料构成对量子阱发光性能均有较大影响.对双波长发光二极管器件光学性质进行了研究,结果表明,InGaN/GaN量子阱发光更依赖于In团簇形成的局域激子发光,从而导致了小电流下的反常光学现象.通过数值计算材料内部极化场的强度,对波长漂移的原因进行了解释,并通过双波长发光效率拟合分析了发光二极管"droop"效应可能的产生机理.

InGaN／GaN多量子阱蓝光发光二极管老化过程中的光谱特性

系统地研究了小注入电流(<4mA)下InGaN/GaN多量子阱结构蓝光发光二极管的发光光谱特性在老化过程中的变化。对比老化前后的电致发光(EL)光谱,发现在注入电流1mA下的峰值波长(peak wavelength)和半高宽(FWHM)随老化时间增加而减小,变化过程分两个阶段:前期(<100h)减小速度较快,而后逐渐变缓,呈现出与LEDs的发光光功率一致的变化规律,说明LEDs的等效极化电场在老化过程中减弱,这一变化和量子阱内缺陷的增加有明确的关系。通过电学特性测量发现同一结电压(Vj=1.8V)下的结电容Cj和由交流小信号I—V方法计算得到的注入电流1mA下的结电压Vj随老化时间增加而增大,明确了在同等小注入电流下量子阱内的载流子浓度随老化过程增加。分析表明在老化过程中InGaN/GaN多量子阱结构蓝光发光二极管量子阱内的缺陷及其束缚的载流子数量增加,形成了增强的极化电场屏蔽效应,减弱的等效极化电场导致了量子阱的能带倾斜变小,带边辐射复合能量增大,能态密度增多,对应的发光过程的峰值波长变短(蓝移),半高宽变窄。

垒层p型掺杂量的分布对InGaN基发光二极管性能的影响

采用APSYS软件分析了InGaN基发光二极管的垒层中p型掺杂量的分布及其作用.结果表明,当所有的p型掺杂量集中于最后一个垒层时,发光二极管的发光强度最大,大注入电流下的效率衰减量最小.其主要原因是优化了垒层中p型掺杂量的分布有利于电子限制和空穴注入.

InGaN基发光二极管和激光二极管(英文)

在InGaN发光二极管中 ,尽管存在着大量的位错 ,但其效率还是相当高的。用InGaN作为有源层是很重要的。在InGaN基LED的情况下 ,为产生光发射需要较高的激发功率。横向大面积外延生长的GaN激光二极管 (LDs)是在厚的GaN衬底上外延制备成的。在温度 2 5 0℃、30mW输出的连续工作状态下 ,其工作电流小于 4 2mA ,6 0 0℃、30mW输出的连续工作状态下的寿命约为1 5 0 0 0小时。这些结果表明 ,螺旋位错密度的降低延长了激光二极管的寿命。此外 ,良好的散热也是很重要的。

InGaN基发光二极管和激光二极管(英文)

在InGaN发光二极管中 ,尽管存在着大量的位错 ,但其效率还是相当高的。用InGaN作为有源层是很重要的。在InGaN基LED的情况下 ,为产生光发射需要较高的激发功率。横向大面积外延生长的GaN激光二极管 (LDs)是在厚的GaN衬底上外延制备成的。在温度 2 5 0℃、30mW输出的连续工作状态下 ,其工作电流小于 4 2mA ,6 0 0℃、30mW输出的连续工作状态下的寿命约为1 5 0 0 0小时。这些结果表明 ,螺旋位错密度的降低延长了激光二极管的寿命。此外 ,良好的散热也是很重要的。

GaN基蓝光发光二极管峰值波长偏移的研究

通过对蓝光和红光发光二极管在直流和脉冲电流两种情况下进行变电流测试,对其峰值波长的偏移情况进行了深入的对比分析和研究,指出主要是热效应和极化效应两个因素造成蓝光LED的峰值波长发生偏移,并计算出热效应单独引起峰值波长偏移的温度系数为0.080 7nm/K,In0.2Ga0.8N/GaN发光二极管量子阱中的极化强度为3.765 0 MV/cm;分析还认为电流注入下多量子阱中载流子分布不均匀也是影响器件峰值波长的一个因素,并计算得到去除极化影响后量子阱中的场强,验证了在电流注入下多量子阱中载流子分布不均匀的结论。

电流拥挤效应对GaN基发光二极管可靠性的影响

文中报道了绝缘蓝宝石衬底上的GaN基发光二极管(LEDs)中,由于横向电阻的存在造成了靠近n型电极台面边缘局部区域电流拥挤,为此从焦耳热和金属电迁移两方面研究了电流拥挤效应对器件可靠性的影响,加速寿命实验结果表明:电流均匀扩展可以使可靠性得到有效改善。

MOVPE生长的InGaN/GaN单量子阱的光致发光和光吸收特性(英文)

研究了用金属有机物气相外延(MOVPE)法在蓝宝石衬底上生长的In组分浓度保持不变的InGaN/GaN单量子阱结构在室温下的发光特性和光吸收特性。实验结果表明,在InGaN厚度<3 nm时,随着样品InGaN势阱层宽度的增加(1 nm),光致发光(PL)谱的发光峰值波长出现明显的红移33 nm现象,而且发光强度下降8%,谱线半峰全宽(FWHM)展宽,通过对样品的透射、反射光谱研究发现,量子阱层窄(1.5 nm)的样品在波长接近红外区时出现无吸收的现象,即R+T达到了100%,而在阱层较宽的样品中没有发现这一现象,对引起这些现象的原因进行了讨论。这些结果有助于开发和优化三族氮化物半导体光电器件的进一步研究工作。

具有超晶格应力调制结构的绿光InGaN/GaN多量子阱的发光特性

研究了具有InGaN/GaN超晶格(SL)插入结构的绿光InGaN/GaN多量子阱(MQW)的发光特性。结构测试表明,SL插入结构并没有引起MQW中平均In组份的增加,而是改变了In组份的分布,形成了高In组份的量子点和低In组份量子阱。其电致发光(EL)谱和光致发光(PL)谱均出现了双发光峰。我们认为这两个峰分别来自于量子点和量子阱,且存在着载流子从阱向点转移的输运机制。最后变温PL积分强度的Arrhenius拟合表明,SL插入结构并没有在MQW中引入新的缺陷,使其发光效率下降。

具有相分离InGaN有源层的白光发光二极管

韩国Kwangju理工学院光电子材料中心和材料科学工程系利用相分离InGaN有源层 ,无需添加荧光材料 ,制造出了白光发光二极管。

GaAs吸收衬底生长的立方相GaN发光二极管的工艺设计与实现

利用光学薄膜原理 ,计算了采用晶片键合技术来提高以 Ga As为衬底的立方相 Ga N的出光效率的理论可行性 .以 Ni为粘附层 ,Ag为反射层的 Ni/ Ag/ Au薄膜体系可以使立方 Ga N的出光效率从理论上提高 2 .6 5倍左右 .实验结果证实 ,利用键合方法实现的以 Ni/ Ag/ Au作为反射膜的样品的光反射率比未做键合的 Ga N/ Ga As样品的光反射率在理论计算的 4 5 9.2 nm处提高了 2 .4倍 .

GaN发光二极管表观电阻极值分析

利用正向交流(ac)小信号方法对GaN发光二极管的电容-电压特性进行测量,可以观察到GaN发光二极管中的负电容现象。利用LED串联等效电路对表观电容和表观电阻进行了测量,表观电阻-正向电压曲线出现了一个极值点。通过对相关文献分析,提出负电容现象的根本原因是在较高的正偏下微分电容dQ/dU<0;推论出pn结的微分电容先随正向偏压的增大而急剧增大,当出现复合发光后随正向偏压的增大而减小,直到随正向偏压的增大而出现负值;正向偏置电压较大时,结电导电流的变化率根据I-V特性曲线取极大值,此时微分电容由于强复合效应已快速变小,表观电阻有极大值;得到了表观电阻极大值表达式。表观电阻与正向电压曲线的极值点与理论模型相吻合,证明了该理论模型的正确性。

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。

局域表面等离激元对InGaN/GaN多量子阱发光效率的影响

Ag纳米粒子的形貌对InGaN/Ga N多量子阱(MQWs)的光致发光(PL)效率有着显著影响。本文采用离子束沉积(IBD)技术将Ag沉积在InGaN/Ga N MQWs上,然后通过快速热退火处理制备Ag纳米粒子。通过改变Ag的沉积时间获得了具有不同Ag纳米粒子形貌的样品。用原子力显微镜对各样品的Ag纳米粒子形貌和尺寸进行了表征,并且测试了吸收谱、室温和变温PL谱及时间分辨光致发光(TRPL)谱。结果表明:随着Ag沉积时间的延长,所得Ag纳米粒子粒径增大,粒子纵横比先增大后减小且吸收谱峰红移。由于不同形貌的Ag纳米粒子在入射光作用下产生的局域表面等离激元(LSPs)与MQWs中激子耦合强度不同,光发射能力也不同,与没有Ag纳米粒子的样品相比,沉积时间为15 s的样品室温PL积分强度被抑制6.74倍,沉积时间为25 s和35 s的样品室温PL积分强度分别增强1.55和1.72倍且峰位发生红移,沉积时间为45 s的样品室温PL积分强度基本没有变化。TRPL与变温PL的测试结果证明,室温PL积分强度的改变是由于LSPs与MQWs中的激子耦合作用引起的。纵横比大且吸收谱与MQWs的PL谱交叠大的Ag纳米粒子能够更好地增强InGaN/Ga N MQWs的发光。