不同线宽电流阻挡层的GaN基LED芯片光电特性研究

发光二极管(LED)由于具有低功耗、小体积、宽光谱范围等优点,被广泛应用于可见光通信、光电医疗、快速无损检测等微系统领域。为了进一步提高LED的发光效率,在图形化蓝宝石衬底上制备了具有不同线宽电流阻挡层(CBL)的氮化镓(GaN)基LED,并研究其光电特性。结果表明,在120mA测试电流作用下,由于CBL的插入增大了有源层有效光发射区域的电流密度,减少了p电极(p-pad)下的寄生光吸收,LED芯片的辐射功率与光电转换效率随着CBL线宽的增加而单调增加,在CBL线宽设计为13μm时,辐射功率与光电转换效率达到最大;正向电压(VF)随着CBL线宽的增加略有增加,表明绝缘的CBL层增大串联电阻。本文为CBL线宽的选择提供了新思路,可有效提高LED的发光效率。

具有多晶阻挡层的浮空P区IGBT开关特性研究

为了减少浮空P区IGBT结构的栅极空穴积累,改善结构的电磁干扰(EMI)噪声问题,从而提高结构电磁干扰噪声与开启损耗(Eon)之间的折中关系,研究提出了一种具有多晶硅阻挡层的FD-IGBT结构。新结构在传统结构的浮空P区上方引入一块多晶硅阻挡层,阻挡层接栅极,形成与N型漂移区的电势差。新结构在器件开启过程中,多晶硅阻挡层下方会积累空穴,导致栅极附近积累的空穴数量减少,从而降低浮空P区对栅极的反向充电电流。通过TCAD软件仿真结果表明,相比于传统FD-IGBT,新结构开启瞬态的过冲电流(I_(CE))和过冲电压(V_(GE))的峰值分别下降26.5%和8.6%,且在栅极电阻(R_(g))增加时有更好的电流电压可控性;相同开启损耗下,新结构的dI_(CE)/dt、dV_(CE)/dt和dV_(KA)/dt最大值分别降低26.5%,15.1%和26.1%。

不同形状的电流阻挡层对GaN基LED光效的影响

电流阻挡层(CBL)可以改善发光二极管(LED)的发光效率和输出光功率,其形状对电流的阻挡作用有影响。本文通过等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在InGaN/GaN多量子阱外延片上制备了SiO2薄膜,并腐蚀出不同结构作为电流阻挡层:A组形状与P电极形状相同,B组为Y形CBL,C组为点状CBL。通过对这3组芯片与常规芯片的对比,发现加入CBL对小功率LED的电压特性影响比较小,并且电流阻挡层形状与金属电极形状相同时对光效的提高最大,可以提高14.6%。

具有电流阻挡层的不同GaN基LED的光电特性(英文)

研究对比了InGaN/GaN多量子阱发光二极管中p电极下的不同SiO2电流阻挡层的光电特性。6种样品被分为3组:普通表面、表面粗化、表面粗化+边墙腐蚀。每组都有两种结构,一种具有电流阻挡层,另一种没有电流阻挡层。每组中,具有电流阻挡层的LED在20 mA下的正向电压分别为3.156,3.282,3.284 V,略高于不含电流阻挡层的样品(Vf=3.105,3.205,3.210 V).但是,具有电流阻挡层的LED的光效和光功率要优于无电流阻挡层的器件,在20 mA下的光功率分别提高了10.20%、12.19%和11.49%。这些性能的提升都要归功于电流阻挡层良好的电流扩展效应,同时电流阻挡层还可以减小p电极下的寄生光吸收。

一种带有极化掺杂电流阻挡层的垂直AlGaN/GaN HFET

针对传统垂直GaN基异质结场效应晶体管中,由于GaN电流阻挡层内p型杂质激活率低而导致的漏电问题,提出了一种使用AlGaN极化掺杂电流阻挡层的垂直GaN基异质结场效应晶体管结构。在AlGaN极化掺杂电流阻挡层中,通过Al组分渐变而产生的极化电场来提升p型杂质激活率,能更加有效地抑制截止状态下通过极化掺杂电流阻挡层的泄漏电流,从而提升器件的耐压能力。此外,极化掺杂电流阻挡层内空穴浓度的增大会降低器件导通电阻,但由于极化掺杂电流阻挡层与n-GaN缓冲层之间形成的二维电子气会阻挡耗尽层向缓冲层内的扩展,极化掺杂电流阻挡层的使用对器件导通电阻几乎没有影响。

插指型SiO_2电流阻挡层对大功率LED外量子效率的影响

为了改善蓝光大功率LED芯片p电极处的电流拥挤现象,提高大功率LED芯片的外量子效率,在ITO透明导电层与p-GaN间沉积插指型SiO_2电流阻挡层。采用等离子体增强化学气相沉积的方法沉积SiO_2薄膜,再经过光刻和BOE湿法刻蚀技术制备插指型SiO_2电流阻挡层。采用SimuLED仿真软件分析插指型SiO_2电流阻挡层对大功率LED芯片电流扩展性能的影响,研究插指型SiO_2电流阻挡层对大功率LED芯片外量子效率的影响。结果发现,插指型SiO_2电流阻挡层结构可以有效改善p电极附近的电流拥挤现象。与没有沉积插指型SiO_2电流阻挡层的大功率LED芯片相比,光输出功率得到显著的提高。在350 mA的输入电流下,沉积插指型SiO_2电流阻挡层后的大功率LED芯片的外量子效率提高了18.7%。

电流阻挡层对大功率LED光电热特性的影响

LED芯片作为LED光源的核心,其质量直接决定了器件的性能、寿命等,因此在内量子效率已达到高水平的情况下,致力于提高光提取效率是推动LED芯片技术发展的关键一步。由于蓝宝石衬底具有绝缘特性,传统LED将N和P电极做在芯片出光面的同一侧,而芯片出光面上的P电极焊盘金属会遮挡吸收其正下方发光区发出的大部分光而造成光损失,为改善这一现象并缓解P电极周围的电流拥挤效应,本文设计制备了在P电极正下方的氧化铟锡(ITO)透明导电层和p-GaN之间插入SiO 2薄膜作为电流阻挡层(CBL)的大功率LED,并与无CBL结构的大功率LED相比较。对未封装的有无CBL结构的LED在350 mA电流下进行正向偏压,辐射通量,主波长等裸芯性能测试,结果显示两种芯片的正向偏压均集中在3~3.1 V,而有CBL结构的LED光输出功率有明显提升,这是因为CBL阻挡了电流在P电极正下方的扩散,减少流向有源区的电流密度,故减小了P电极对光的吸收和遮挡,且电流通过CBL引导至远离P电极的区域,缓解了电极周围的电流拥挤。对两种芯片进行相同结构和工艺条件的封装,并对封装样品进行热特性及10~600 mA的变电流光电特性测试,得到两种器件的发光光谱及光功率等光学特性。结果表明随着电流增加,两种器件的光谱曲线均发生蓝移,且有CBL结构的LED主波长偏移量较无CBL结构LED少10 nm,可见有CBL结构的LED光谱受驱动电流变化的影响更小,因此其显色性能更为稳定。而在小电流条件下,CBL对器件光功率的影响不大,随着工作电流的增大,CBL对器件光功率的改善效果逐渐提升。在大电流条件下,无CBL结构的LED结温更高,正向电压更低,随电流的增大二者之间的电压差增大。在25℃的环境温度,350 mA工作电流下,加入CBL结构使器件电压升高约0.04 V,但器件光功率最高提升了9.96%,且热阻明显小于无CBL结构器件,说明有CBL结构LED产热更少。因此CBL结构大大提高了器件的光提取效率,并使其光谱漂移更小,显色性能更为稳定。

电流阻挡层结构对垂直发光二极管芯片老化特性之研究

发现ICP damage制作电流阻挡层的制程会导致垂直结构LED在老化过程中发生漏电。通过更换反射层的金属及EMMI&SEM分析,发现老化漏电的原因来源于反射金属——Ag的电迁移,迁移通道可能来源于ICP打开穿透位错的封口。在缺陷位错内填入低电迁移率金属并检测。结果表明,填入低电迁移率金属后既解决了老化漏电问题,同时不影响芯片的初始光电特性。

TiCl_4水解法制备的阻挡层对染料敏化太阳能电池光电性能的影响

通过不同浓度的TiCl4溶液水解,在光阳极导电玻璃(FTO)基底上制备了阻挡层薄膜,以此来抑制FTO表面的光生电子与I-3之间的复合反应,采用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射分别测试了阻挡层薄膜的组成,用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计测试了阻挡层的形貌和对光的透过率,在AM1.5和暗环境下分别测试了染料敏化太阳能电池(DSSC)的光电性能.实验结果表明:用此方法可以获得由TiO2粒子组成的阻挡层薄膜;阻挡层薄膜的形貌随着TiCl4溶液浓度的增加而改变,它的厚度随着TiCl4溶液浓度的增加而增加;引入阻挡层后,FTO对光的透过率都会下降;这一薄膜的引入可以提高电池的光电性能,用0.04 mo·lL-1的TiCl4溶液制备的阻挡层对暗电流的抑制作用最为明显,电池在AM1.5的条件下测试,转换效率最高7.84%.

具有电子阻挡层的2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器

为了降低2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的阈值电流并获得良好的温度特性,在p型波导层及限制层之间引入AlGaAsSb电子阻挡层。采用理论计算方法模拟了电子阻挡层对InGaAsSb/AlGaAsSb LD输出特性的影响。研究结果表明:电子阻挡层结构可有效减少2μm InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的Auger复合,抑制量子阱中导带电子向p型限制层的溢出,降低器件的阈值电流,同时改善了温度敏感特性。

铜合金自形成阻挡层制备及其性能研究

随着微电子器件特征尺寸进一步缩小,传统的铜互连阻挡层技术将面临极大的挑战,为解决传统铜互连阻挡层技术阻挡扩散性能弱的问题,铜合金自形成阻挡层技术成为该领域的研究热点。本文以Cu(V)/SiO2/Si多层膜体系为研究对象,实现Cu(V)合金薄膜制备参数的优化设计。通过体系界面特性和电学特性的分析得出,溅射气压、溅射功率和靶基距这3个制备参数的变化对铜合金薄膜性质及合金体系的阻挡性能均有明显的影响。且当溅射气压为0.5 Pa、溅射功率为90 W、靶基距为60 mm时,制备的铜钒合金薄膜经退火后会自形成最优阻挡层。

高亮度LED芯片的反射型电流阻挡层设计与实现

基于光学传输理论矩阵,设计制作SiO2和Ti3O5交替生长的分布式布拉格反射(DBR)结构作为LED芯片的电流阻挡层,并采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术在电流阻挡层处形成沟槽结构,以解决困扰LED器件效率提高的电流扩散及金属电极降低出光效率的问题。实验结果表明,采用这种结构的LED芯片能将亮度提高5%以上,而LED芯片的正向电压基本维持不变。这种反射型电流阻挡层结构能够很好地改善大尺寸LED芯片的电流扩散,有效地提高LED芯片的出光效率。

CIS生产工艺对暗电流(Dark Current)性能的影响

研究工艺对CIS图像传感器(CMOS image sensor)的影响。通过隔离注入的优化、沉积薄膜膜质的优化、干法刻蚀工艺的优化及热制程的优化可减少硅氧界面载流子与声子群的散射,可大大减少Si-SiO2界面附近陷阱,从而降低CIS传感器的暗电流(Dark Current,DC)。实验数据表明,暗电流可改善30%~82.5%,可适用于不同像素尺寸(0.7~18μm)的CIS产品。

加入激子阻挡层增强白色有机发光器件效率

通过在发光层(EBL)与电子注入层之间增加激子阻挡层(EBL)制备了新型白色有机发光器件(WOLED)。有EBL的新型器件效率和亮度均比传统结构器件高50%,在电流密度为4 mA/cm2时效率达到3.42 cd/A,最大亮度为11 000 cd/m2(16 V),色坐标为x=0.34、y=0.36;而具有相同EBL厚度的传统结构器件,在电流密度为4 mA/cm2时效率为2.15 cd/A,最大亮度为6 259 cd/m2(16 V)。效率的提高是由于EBL的限制作用而提高了激子浓度。测量了器件的效率与电流密度关系,随电流密度增加电流效率的衰减缓慢,说明短寿命红色搀杂剂的激子-激子湮灭很弱。

纯铝材在硫酸中恒流阳极氧化机理初探

为研究铝阳极氧化膜氧化生成机理,采用恒流电解法,对铝试样在硫酸中的阳极氧化过程进行了研究。通过对铝阳极氧化时的阳极氧化电位-时间关系分析发现,阳极氧化电位出现规则的阶跃现象,其阶跃电位为0.0390V,根据其氧化电流密度-时间曲线计算出阳极氧化膜的孔隙率为0.1。结果分析表明,氧化电位阶跃与阻挡层厚度的增加密切相关,氧化电位的阶跃主要是由于阻挡层的增厚引起的,阻挡层首先在孔隙面积上生成,当厚度每增加1.530×10-8cm时,发生铺展作用。

高功率980nm非对称宽波导半导体激光器设计

设计了980 nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器,并在结构中插入电流阻挡层,有效地阻止载流子的泄露。用LASTIP软件对980 nm非对称宽波导量子阱激光器进行理论模拟,与传统的980 nm对称宽波导量子阱激光器相比,非对称宽波导量子阱激光器波导和量子阱之间有更小的能带差,非对称宽波导结构具有更低的阈值电流,更高的斜效率以及更低的阻抗,所以带有电流阻挡层的980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器有更高的光电转换效率和输出功率。

基于液相外延的InAs基红外探测器InAsSbP阻挡层的仿真

在传统pn结红外探测器中,宽带隙阻挡层的引入可以有效降低器件暗电流。采用COMSOL软件对探测器的能带图进行仿真,结果表明,InAsSbP四元合金通过n型或p型掺杂,其能带结构能够实现价带能级的下凹或导带能级的上凸,起到阻挡空穴或电子的作用。通过理论分析和仿真计算,确定了满足阻挡层要求的InAsSbP组分。对于nBip型和pBin型红外探测器,仿真得到了阻挡层的最优厚度和最优掺杂浓度(粒子数浓度),并分析了其偏离最优值时对器件暗电流的影响。对于nBip型探测器,当阻挡层厚度为40nm、掺杂浓度为2×10^18 cm^-3时,器件开关比最大;对于pBin型探测器,当阻挡层厚度为60nm、掺杂浓度为4×10^17 cm^-3时,器件的开关比最大。

具有反射电极的高亮度LED芯片设计

根据光学薄膜原理,针对正装LED芯片设计了5种不同方式的电极结构,得出电流阻挡层SiO2和Al反射镜叠加制备出的反射电极具有较高的反射率,光电特性明显优于常规电极制备出的LED芯片。实验结果表明,该反射电极的反射率比常规电极结构反射率高53.1%,电流阻挡层SiO2可以改进有源区的电流扩展,减小电流堆积效应,而Al作为反射镜可以降低电极对光的吸收,使其发光效率、光强分布、饱和特性曲线和发光角度明显优于常规电极结构。实验采用化学气相沉积(CVD)法配合电子束蒸发制备反射电极,芯片的光功率提高了5.6%,成功制备出高亮度LED芯片。

白色磷光OLED不使用激发-阻挡层

据北京清华大学的科研小组报道，在两层设计中，为红色和蓝色发射层适当选择不同的基底，可以在磷光有机LED（OLED）中免除激发一阻挡层，在全彩色OLED显示器和固体光源中具有极大应用潜力。采用该设计方法可以使电流效率达到最大值10．5cd／A，亮度达到22,000cd／m^2。

新型AlGaInP系发光二极管饱和特性与寿命的研究

针对AlGaInP系发光二极管(LED)电极阻挡出光、衬底吸收、全反射角小导致器件出光效率低、热积累大、饱和特性差等问题,提出了一种具有复合电流输运增透窗口层、复合DBR反射镜和电流阻挡层结构的新型LED,并测试了其饱和特性和寿命.电流分布模拟显示:新型LED电极下仅存在极小的无效电流;实验结果表明新型LED出光效率高,饱和电流大,饱和电流时光强约为常规LED的3倍,光电性能明显提升.器件饱和特性和老化实验研究显示:新型LED寿命长达17.8×104h,器件内部发热量低,具有高饱和特性和高可靠性,适合在大电流大功率下工作.