硅衬底InGaN多量子阱材料生长及LED研制

利用低压金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在Si(111)衬底上生长了InGaN 多量子阱LED外延片.为克服GaN与Si衬底之间巨大的晶格失配与热失配,引入了AlN低温缓冲层及富镓的GaN高温缓冲层,在Si(111)衬底上获得了无龟裂的InGaN 多量子阱LED外延材料.在两英寸外延片内LED管芯的工作电压在3.7～4.1V之间,电致发光波长在465～480nm之间,87%的LED管芯的反向漏电流不大于0.1μA,输出光强为18～30mcd.

退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用常压金属有机物化学气相淀积法在(0001)Al2O3衬底上生长出高质量ZnO单晶膜，在空气中进行了710～860℃不同温度的退火处理．用X射线双晶衍射、光致发光法研究了退火温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响．ZnO(002)面X射线双晶ω扫描曲线的半高宽(FWHM)随退火温度的升高变小，770℃后基本保持不变，ZnO(102)面双晶。扫描曲线的FWHM一直变小．770℃退火后ZnO样品X射线ω-2θ扫描曲线中出现ZnO2(200)衍射峰．同时，光致发光测试表明，随着退火温度升高，带边发光强度减弱，与深能级有关的绿带发光出现并逐渐增强．通过ICP刻蚀，去除退火后样品的表面层，ω-2θ扫描曲线中ZnO2(200)衍射峰和PL谱中绿带发光均消失，表明ZnO2相和深能级缺陷在样品表面．

退火对常压MOCVD法生长的高结晶性能ZnO薄膜发光特性的影响

研究了氧气退火和氮气退火对ZnO薄膜发光特性的影响。ZnO膜是采用常压金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在蓝宝石(0001)衬底上生长的。原生样品1有一很强的紫外峰及较强的绿光峰(525 nm附近);原生样品2有很强的紫外峰,深能级发光几乎观察不到。然后从不同原生膜上取两块小样品,分别在氧气和氮气中退火,退火温度是400,500,600,700,800℃。结果表明,在700℃以下退火,退火气氛对ZnO膜的深能级发光影响较大;超过700℃后,退火温度对ZnO薄膜的发光影响大,但退火气氛影响不太明显。通过退火对ZnO薄膜发光特性的影响,讨论了ZnO膜中525 nm附近绿光峰的起源。

硅衬底GaN基LED的研究进展

与蓝宝石衬底相比,硅衬底具有低成本、大面积、高质量、导电导热性能好等优点,普遍认为使用Si片作GaN薄膜衬底有可能实现光电子和微电子的集成,因此Si基GaN的研究受到了广泛关注。本文回顾了Si衬底GaN基LED的研究进展,同时简要介绍了在Si衬底上制备GaN基LED的实验结果,及研制出工作电压为3.6 V、串联电阻为31Ω、输出功率近1 mW的Si衬底GaN基蓝光LED。

MOCVD方法在Ti/Si(111)模板上生长ZnO薄膜的研究

本文采用常压MOCVD方法在Ti/S i(111)模板上生长了氧化锌(ZnO)薄膜,使用二乙基锌为Zn源,去离子水为O源。S i衬底上的Ti薄层采用电子束蒸发台蒸发,然后低温生长缓冲层并在高温下进行重结晶,接着在680℃进行ZnO薄膜的生长。采用粉末衍射法、双晶X射线衍射及光致发光技术研究了材料的取向、结晶性能及发光性能。结果表明,本文制备了高度择优取向和良好发光性能的ZnO薄膜。

用卢瑟福背散射/沟道技术研究MOVCD方法生长的ZnO薄膜的弹性应变

用卢瑟福背散射/沟道(RBS/Channeling)技术研究了在Al2O3(0001)衬底上用MOCVD方法生长的ZnO薄膜的弹性应变。ZnO薄膜的χmin=5.1%,表明其具有非常好的结晶品质。ZnO薄膜的四方畸变为正,表明其在水平方向是拉应变,垂直方向是压应变。弹性应变由界面向表面逐渐释放,其在界面附近最大,在表面处最小。

Si衬底MOCVD生长GaN/InGaN多量子阱缺陷TEM研究

用透射电子显微镜对Si衬底生长GaN/InGaN多量子阱材料进行横断面测试,在衬底和缓冲层区域进行高分辨电子显微成像(HRTEM)、电子衍射衬度成像、选区电子衍射成像,在量子阱附近区域进行了双束近似电子衍衬像对其位错特性进行研究;用场发射扫描电子显微镜对饱和KOH溶液腐蚀前后材料成像.结果发现,AlN缓冲层具有多孔结构,高温GaN层位错平均密度达108cm-2,同扫描电子显微镜得到的六角腐蚀坑密度一致,量子阱以下发现大量位错发生90°弯曲,而使穿过量子阱位错密度大大降低.在线位错中,以刃位错居多,其次是混合位错,所观察区域几乎未见螺位错.

Si衬底InGaN/GaN多量子阱LED外延材料的微结构

用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为108cm-2量级,其中多数为b=1/3〈1120〉的刃位错.

无压浸渗法制备SiC_P/Al复合材料的性能

采用无压浸渗法制备了SiCP/Al复合材料,自氧化法处理的预制型的抗压强度大幅提高,同时降低了该复合材料的残余孔隙率;基体合金中的Mg含量对复合材料的残余孔隙率有较大影响,进而影响了其抗压强度。实验结果表明,采用不同粒径的SiC颗粒配比及自氧化法处理的孔隙率为40%的SiC预制型,无压浸渗Al-11wt%Si-6wt%Mg所制备的SiCP/Al复合材料的抗压强度为367 MPa、热膨胀系数为9.2×10-6/℃。

MOCVD生长的GaN单晶膜透射光谱研究

采用MOCVD技术在Al2O3（0001）衬底上生长了GaN薄膜,使用透射光谱、光致发光光谱和X射线双晶衍射三种技术测试了五类GaN薄膜样品。实验结果表明:GaN薄膜透射谱反映出的GaN质量与X射线双晶衍射测量的结果一致,即透射率越大,半高宽越小,结晶质量越好;而X射线双晶衍射峰半高宽最小的样品,其PL谱的带边峰却很弱,这说明PL谱反映样品的光学性能与X射线双晶衍射获得的结晶质量不存在简单的对应关系。同时还报导了一种特殊工艺生长的高阻GaN样品的RBS/沟道结果。

LED芯片钝化研究进展

综述了国内外在LED钝化材料、钝化工艺和钝化处理对LED性能的影响等方面的一些主要研究进展,指出了以蓝宝石为衬底GaN基LED钝化材料存在的问题和研究方向,特别强调以Si为衬底的LED钝化膜的研究趋势。现阶段的钝化材料主要有SiNx、SiO2、SiONx等,常用的钝化方法有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射和电子束蒸发等。对LED芯片的钝化处理可以降低LED器件的漏电流和提高其光输出功率,然而,这也会导致LED的P区载流子数量的下降和芯片表面应力的增加。

硅衬底GaN蓝色发光材料转移前后应力变化研究

利用外延片压焊和湿法腐蚀技术将硅衬底上生长的InGaN多量子阱发光二极管(LED)薄膜材料转移到了新衬底上.研究结果表明,转移后的LED薄膜中GaN层受到的张应力变小,InGaN层受的压应力变大.去除转移后LED薄膜中过渡层后,GaN层受到的张应力变大,而铟镓氮层受到的压应力基本不变.将转移后的薄膜做成垂直结构的LED芯片后,其光电性能明显改善.

生长温度对ZnO薄膜性能的影响

采用常压金属有机化学气相沉积技术在Al2O3(0001)衬底上生长出高质量的ZnO薄膜.用X射线双晶衍射ω和θ-2θ扫描、室温光致发光研究了不同生长温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响.结果表明,随着生长温度的升高,ZnO薄膜的c轴晶格常数逐渐增大,a轴晶格常数逐渐变小,同时带隙相应逐渐增大.

衬底温度对常压MOCVD生长的ZnO单晶膜的性能影响

以 H2 O作氧源 ,Zn(C2 H5) 2 作 Zn源 ,N2 作载气 ,在 5 0 m m Al2 O3(0 0 0 1)衬底上采用常压 MOCVD技术生长出高质量的 Zn O单晶薄膜 .用 X射线双晶衍射、原子力显微镜和光致发光技术对样品进行了综合表征 ,报道了 Zn O单晶膜的 (10 2 )非对称衍射结果 .研究结果表明 ,在 5 0 0～ 70 0℃范围内随生长温度升高 ,Zn O薄膜的双晶摇摆曲线半峰宽增宽 ,表面粗糙度减小 ,晶粒尺寸增大 ,在衬底温度为 6 0 0℃时生长的 Zn O膜的深能级发射最弱 .

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。

Si衬底GaN基LED外延薄膜转移至金属基板的应力变化

采用电镀金属基板及湿法腐蚀衬底的方法将硅衬底上外延生长的GaNMQWLED薄膜转移至不同结构的金属基板,通过高分辨X射线衍射（HRXRD）和光致发光（PL）研究了转移的GaN薄膜应力变化。研究发现：（1）转移至铜基板、铬基板、铜/镍/铜叠层基板等三种基板的GaN薄膜张应力均减小,其中转移至铬基板的GaN薄膜张应力最小。（2）随着铬基板中铬主体层厚度的增加,转移后的GaN薄膜应力不发生明显变化。

Ag掺杂ZnO的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag掺杂ZnO的几何结构、杂质形成能和电子结构进行了比较系统的研究.研究表明,掺Ag导致晶格膨胀;在ZnO晶格中,杂质Ag最可能以替代Zn位出现,此时将形成一个深受主能级.文中的计算结果与其他研究者的实验结果相吻合.

SiN钝化膜对Si衬底GaN基蓝光LED性能影响

利用等离子辅助化学气相沉积(PECVD)系统在垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED芯片上生长了SiN钝化膜,并对长有钝化膜及未作钝化处理的LED在不同条件下进行了老化实验,首次研究了SiN钝化膜对垂直结构Si衬底GaN基蓝光LED可靠性的影响。实验发现:经过30mA、85℃、24h条件老化后,未作钝化处理的Si衬底GaN基蓝光LED的平均光衰为11.41%,而长有SiN钝化膜的LED平均光衰为6.06%,SiN钝化膜有效地改善了LED在各种老化条件下的光衰,另外,SiN钝化膜缓解了Si衬底GaN基蓝光LED老化过程中反向电压(Vr)的下降,但对老化后LED的抗静电击穿能力(ESD)没有明显的影响。

常压MOCVD生长Ga_2O_3薄膜及其分析

以去离子水(H2O)和三甲基镓(TMGa)为源材料,用常压MOCVD方法在蓝宝石(0001)面上生长出β-Ga2O3薄膜。用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)以及二次离子质谱(SIMS)实验表征Ga2O3外延膜的质量。在X射线衍射谱中有一个强的Ga2O3(1-02)面衍射峰,其半峰全宽(FWHM)为0.25°,表明该Ga2O3外延膜是(1-02)择优取向。在二次离子质谱中除了C、H、O和Ga原子外,没有观测到其他原子。

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。