石墨烯在GaN表面的直接制备及其在GaN-LED中的应用研究

石墨烯具有优良的光电特性,它能够替代传统的ITO材料用作GaN-LED的透明导电层。为了使上述应用实现工业化生产,利用热壁CVD研究了石墨烯在GaN表面直接生长的最佳条件,解释了直接生长的机理,直接生长的最佳条件为生长温度800℃,生长时间60 min,CH_4和H_2的分压比分别为1.59%和3.17%,该条件下得到具有明显2D峰的多层石墨烯。利用冷壁CVD研究了石墨烯在GaN表面的低温生长并制造了相应的GaN-LED,测试了其性能,结果表明生长温度高于700℃时器件的性能明显降低。该研究对实现石墨烯在LED中的工业化应用具有积极意义。

硅基与蓝宝石衬底上的GaN-LEDs性能差异分析

在简要阐述硅基与蓝宝石衬底的GaN研究与发展基础上,就此两种不同衬底上GaN-LEDs性能进行了对比分析,并对这两种衬底上的LED进行了相应的表征实验。通过AFM和XRD等分析手段揭示了器件的结构特性,对器件性能(I-V和EL以及I-L测试)进行了相应的评价。通过分析相关实验数据得出:在电学特性与光学性能两方面,蓝宝石衬底上的LED均优于硅衬底上的LED。

两步刻蚀法去除GaN-LED刻蚀中引入的损伤

通过实验方法找出了去损伤刻蚀的最佳工艺参数,并研究了利用ICP两步刻蚀法去除刻蚀损伤的实验过程及结果.从实验结果可以看出,当ICP功率为750W时,刻蚀引入的损伤最小,刻蚀引起的损伤层厚度最大为25nm.去损伤刻蚀法能有效去除损伤,使采用两步刻蚀法的发光二极管的正向导通电压与反向漏电流均下降,发光亮度增大,非辐射复合比例减小,器件的发光效率和可靠性均得到了提高.

金属表面等离子体对GaN-LED光提取特性的影响

为了提高光提取效率,分析在GaN发光二极管(LED)结构中的光波矢传播模型,并分析Ag光子晶体的表面等离激元和能带结构;同时模拟未覆盖和覆盖Ag光子晶体的GaN-LED结构的发光,通过改变Ag光子晶体直径、周期和入射光的角度,分析不同晶格方向的GaN-LED的光提取效率。结果表明:当Ag光子晶体的周期为800 nm、直径为70 nm时,GaN-LED的总透射率达到最大值,光提取效率提高了34.43%。

高频驱动GaN-LED的频率响应特性研究

高刷新率显示器对氮化镓基发光二极管(GaN-LED)驱动频率提出更高的要求,因此研究GaN-LED的频率响应特性具有重要意义。研究了方波交流电压驱动下GaN-LED发光强度的频率响应特性。结果表明,LED的发光强度波形与电压波形存在固定的迟滞时间(约27 ns),且该迟滞时间不随驱动频率改变。在所施加的交流驱动频率范围内(100 kHz~50 MHz),发光强度呈现四个不同的区域:即随着频率的升高,LED发光强度先保持稳定,随后下降,再次上升,最后衰减直至停止工作。文中阐述了形成四个区域的原因。该研究有望为基于LED的超高帧速率显示器件驱动设计提供依据。

表面等离子体提高GaN-LED发光效率的研究进展

表面等离子体能够增强氮化镓发光二极管的发光效率,为高效发光二极管芯片的研究提供了可行的方案。近年来,国内外研究小组在利用表面等离子体增强氮化镓发光二极管发光效率的实验中,取得了很多有价值的结果。介绍了具有金属薄膜、金属颗粒和金属光子晶体等典型结构的氮化镓发光二极管。重点探讨了表面等离子体增强发光二极管发光的机理、结构和关键技术。对具有二维金属光子晶体的氮化镓发光二极管发光增强机理进行了分析和预测,认为利用二维光子晶体可以从内量子效率和外量子效率两方面增强器件发光,并且有很好的可控制性,是提高发光效率的可行方案。

硅基纳米柱GaN-LED的制备与光谱特性分析

Ⅲ-Ⅴ族氮化物发光二极管因具有寿命长、尺寸小、高效、节能等优点,得到广泛的研究与应用。随着光通信、万物互联等领域的进一步发展,需要开发高质量的微纳光源和微纳光波导。纳米柱氮化镓发光二级管(GaN-LED)是一种重要的微纳光源,具有广阔的应用前景。另一方面,作为应用最广的硅半导体材料本身并不是直接半导体,发光效率低下而不能作为光源使用。因此,研究基于硅基板的纳米柱GaN-LED微纳光源具有非常重要的意义。采用射频分子束外延技术(MBE)在Si基板上沉积并生长具有GaN缓冲层、 Si掺杂的n-GaN层、 4个周期的InGaN/GaN量子阱层和Mg掺杂的p-GaN层的GaN基PN结构。利用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面和侧面形貌,可观察到以一定的倾斜角度生长于衬底表面、排列紧密且整齐的纳米柱。利用微纳加工技术制备纳米柱GaN-LED,对已获得的纳米柱外延片进行SOG填充、 FAB刻蚀,在p-GaN层和Si衬底侧蒸镀电极,并对LED两电极施加直流电压,进行I/V曲线和电致发光(EL)特性的测试。纳米柱GaN-LED的阈值电压为1.5 V,在室温下的峰值波长为433 nm。纳米柱结构可有效减小LED的阈值,在相同电压情况下,纳米柱LED的亮度更高,展现了良好的发光特性。 GaN纳米材料与体材料相比,纳米结构中存在应力弛豫可以有效地降低位错密度,尺寸小于光生载流子或激子的扩散长度,因而能够减小光电子器件激活层中的局域化效应。通过TCAD仿真,对与实验结构相同的纳米柱GaN-LED两电极分别施加5, 6和7 V的电压,可得到纳米柱LED的发光光谱。仿真结果显示纳米柱GaN-LED的发光波长在 414~ 478 nm之间,发光颜色为天青蓝到蓝紫色之间,峰值波长为442 nm,发出鲜亮蓝色的光,与实验获得的EL光谱结果相近。随电压增大,发光光谱峰值波长减小,出现轻微的峰值波长蓝移。在纳米柱结构中InGaN/GaN区域产生强烈的极化效应,纳米柱结构在量子阱区域的载流子浓度增加,削弱了量子限制斯塔克效应,从而使LED波长峰值向高频率移动即蓝移。其次,纳米柱结构能够引起应力释放,也会引起峰值波长蓝移。

基于正弦微纳光栅的反射式表面等离激元增强型GaN-LED

以中心波长为650nm的氮化镓LED外延片为研究对象,提出了一种反射式表面等离激元增强型LED来提高其发光效率。该结构包含依次覆盖在正弦起伏的p型GaN层上的一层低折射率的SiO2膜与一层Ag膜。银膜用来增强内量子效率,而SiO2层能进一步提高GaN层上表面的反射率,同时通过优化蓝宝石衬底的厚度使得GaN层下方的透射率较高,从而得到了较大的发光效率。

六边形micro-LED台面制备及光学特性研究

在蓝宝石为衬底的标准绿光GaN-LED外延片上,成功制备了边长分别为6μm、8μm、10μm且具有不同侧壁晶面(m面,a面)的六边形micro-LED台面。通过光致发光谱研究了各个侧壁晶面的六边形micro-LED台面的发光特性。结果显示,在10.5 kW/cm^(2)的注入功率密度下,边长6μm的m面侧壁的micro-LED台面比a面侧壁的micro-LED台面的发光峰强提高了24.4%。在9.05 kW/cm^(2)的注入功率密度下,随着台面尺寸从10μm缩小到6μm,m面侧壁台面单位面积的发光峰强提升了52.8%。结果表明,micro-LED台面侧壁对发光效率具有重要影响,设计制备符合GaN晶格特性的低密度界面态侧壁六边形micro-LED台面,可大幅提高micro-LED发光效率,是实现高量子效率micro-LED的特定解决方案。

蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离

衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题,利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行衬底剥离,并成功转移至Si衬底,形成垂直结构的LED器件。利用SEM测试发现,当超快激光能量密度在1.3 J/cm^(2)附近可以有效分解蓝宝石和GaN交界层,且对器件产生最小负面损伤。拉曼光谱测试结果表明,剥离后的LED中GaN层的残余应力得到有效释放,从1.42 GPa降低为0.29 GPa。对制备的垂直结构LED进行I-V性能测试,5 V电压下正向电流由0.164 mA增大至0.759 mA,光致发光和电致发光性能均有增强。本文完成了蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离的实验研究,为实现低损伤、高效率的转移技术的开发提供理论支撑,有望加速半极性面GaN基LED的发展与应用。

PDP、FED及LED发光材料的最近发展

对彩色等离子体平板显示（ＰＤＰ）、场发射显示（ＦＥＤ）、蓝／绿发光二极管（ＬＥＤ）及蓝紫光激光二极管（ＬＤ）用的发光材料的现状和最近发展予以综述和讨论。

用于GaN基发光二极管的蓝宝石图形衬底制备进展

近几年,图形化蓝宝石衬底因其作为GaN基发光二极管外延衬底,不仅能降低GaN外延薄膜的线位错密度,还能提高LED的光提取效率而引起国内外许多科研机构的广泛研究兴趣.本文综述了图形化蓝宝石衬底提高GaN基发光二极管性能的作用机理,重点评述了目前图形化蓝宝石衬底的制备方法(湿法刻蚀、干法刻蚀、固相反应)和图形尺寸(微米图形化、纳米图形化),分析比较了不同制备方法和图形尺寸制备蓝宝石图形衬底对GaN基发光二极管性能改善,最后针对蓝宝石图形衬底制备存在的问题对其今后的发展方向做出了展望.

GaN基发光二极管的可靠性研究进展

高效高亮度GaN基发光二极管(LED)在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广阔的应用前景,器件的可靠性是实现其广泛应用的保证。本文从封装材料退化、金属的电迁移、p型欧姆接触退化、深能级与非辐射复合中心增加等方面介绍了GaN基LED的退化机理以及提高器件可靠性的措施,并对GaN基LED的应用前景进行了展望。

氧化对GaN基LED透明电极接触特性的影响

研究了热退火对InGaN/GaN多量子阱LED的Ni/Au p GaN欧姆接触的影响。发现在空气和N2气氛中交替地进行热退火的过程中Ni/Au接触特性显示出可逆现象。Ni/Au p GaN接触的串联电阻在空气中随合金化时间逐渐减小,在随后的N2中的热退火后会使该串联电阻增加,但在空气中再次热退火能使接触特性得到恢复。同时对Ni/Au p GaN接触在空气中合金化过程中的层反转的成因进行了讨论。

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.

Si衬底GaN基LED的结温特性

结温是发光二极管的重要参数之一,它对器件的内量子效率、输出功率、可靠性及LED的其他一些性能有很大的影响。首次报道S i衬底GaN基LED的结温特性。利用正向压降法测量S i衬底上GaN基LED的结温,通过与蓝宝石衬底上GaN LED的结温比较,发现S i衬底GaN LED有更低的结温,原因归结为S i有更好的导热性。同时也表明:用S i作GaN LED的衬底在大功率LED方面具有更大的应用潜力。

高效InGaN/AlInGaN发光二极管的结构设计及其理论研究（英文）

利用Advanced Physical Models of Semiconductor Devices(APSYS)理论对比研究了InGaN/AlInGaN和InGaN/GaN多量子阱作为有源层的InGaN基发光二极管的结构和电学特性。与InGaN/GaN基LED中GaN作为垒层材料相比,在AlInGaN材料体系中,通过调节AlInGaN中Al和In的组分可以优化器件的性能。当InGaN阱层材料中In组分为8%时,可以实现无应力的In0.08Ga0.92N/AlInGaN基LED。在这种无应力结构中可以进一步降低大功率LED的"效率下降"(Effciency droop)问题。理论模拟结果显示,四元系AlInGaN作为垒层可以进一步减少载流子泄露,增加空穴注入效率,减少极化场对器件性能的影响。在In0.08Ga0.92N/AlInGaN量子阱中的载流子浓度、有源层的辐射复合率、电流特性曲线和内量子效率等方面都优于InGaN/GaN基LED。无应变AlInGaN垒层代替传统的GaN垒层后,能够得到高效的发光二极管,并且大电流注入下的"效率滚降"问题得到改善。

Si衬底GaN基蓝光LED老化性能

报道了芯片尺寸为500μm×500μm硅衬底GaN基蓝光LED在常温下经1000h加速老化后的电学和发光性能,其光功率随老化时间的变化分先升后降两个阶段;老化后的反向漏电流和正向小电压下的电流均有明显的增加;老化后器件的外量子效率(EQE)比老化前低;老化前后EQE衰减幅度在不同的注入电流下存在明显差异,衰减幅度最小处出现在发光效率最高时对应的电流密度区间。

钝化处理对GaN基LED反向漏电流特性的改善

通过采用硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶液浸泡和沉积SiNx薄膜对干法刻蚀后的GaN基LED进行了处理。处理后,LED器件在-5 V直流电压偏置下的漏电流下降到约1/6。X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,CH3CSNH2溶液处理能阻止GaN表面吸附O杂质,起到钝化的作用。沉积SiNx介质薄膜能有效隔绝LED器件和周围的环境。因此,这种两步方法能钝化干法刻蚀后GaN的侧壁,有效地减小LED器件的漏电流。

裂纹对Si衬底GaN基LED薄膜应力状态的影响

本文通过XRD和PL等分析方法研究了在Si衬底生长的GaN基LED外延薄膜n型GaN层和InGaN阱层的应力状态,以及裂纹对其应力状态的影响。XRD结果表明:在Si衬底生长的GaN基LED外延薄膜n型GaN层受到张应力,在受到一定的外加应力后会以裂纹及裂纹增生的方式释放。随着裂纹数量的增加,n型GaN层受到的张应力逐渐减小,但仍处于张应力状态;n型GaN层张应力的减小使得InGaN阱层受到的压应力增大。PL分析进一步表明:InGaN阱层受到的压应力增大使得量子限制Stark效应更加明显,禁带宽度减小,发光波长表现为红移。