利用常规工艺提高光子晶体GaN LED的出光效率

计算了GaN二维光子晶体的能带结构,并利用常规工艺在国内首次制备出了GaN基二维平板结构的光子晶体蓝光LED。经过器件测试表明,与没有制作光子晶体的器件相比,光子晶体使器件的有效出光效率达到了原来的1.5倍以上。另外,还对感应耦合等离子体刻蚀(ICP)的制备光子晶体LED的刻蚀工艺进行了分析。     

高出光率GaN基光子晶体LED的研究进展

在LED上制作光子晶体结构将会提高LED的出光效率,这使得LED应用范围更广.主要从不同的光子晶体加工工艺出发,总结近年来GaN基光子晶体LED的研究进展,介绍新的工艺和实验结果.通过比较发现,利用光子晶体的光子禁带效应和光栅衍射原理,都能够提高LED的出光效率,但需要和光子晶体的结构参数以及相应的加工工艺相结合,使出光效率和光场能流密度有大幅度的提高,从而实现LED出光效率的提高,使LED取代白炽灯等光源应用于生活照明成为可能.     

利用光子晶体提高InP基LED出光效率

应用FDTD方法计算了二维无限大光子晶体的能带结构,并制备出了InP基二维平板结构的光子晶体器件.在制备过程中尝试了仅用PMMA做掩模以及PMMA和SiO2做掩模两种方法.结果表明,不使用SiO2做掩模的情况下,由于PMMA胶选择性较差,在刻蚀过程中难以保证图形的准确转移.而增加SiO2掩模后,获得了图形质量良好的光子晶体结构.成功实现了利用光子晶体结构增强LED的出光效率,与未制作光子晶体结构的LED相比,光子晶体结构LED的出光效率可在原来基础上提高1倍以上.并且随着晶格常数的增加,出光效率进一步提高.     

利用光子晶体提高InP基LED出光效率

应用FDTD方法计算了二维无限大光子晶体的能带结构,并制备出了InP基二维平板结构的光子晶体器件.在制备过程中尝试了仅用PMMA做掩模以及PMMA和SiO2做掩模两种方法.结果表明,不使用SiO2做掩模的情况下,由于PMMA胶选择性较差,在刻蚀过程中难以保证图形的准确转移.而增加SiO2掩模后,获得了图形质量良好的光子晶体结构.成功实现了利用光子晶体结构增强LED的出光效率,与未制作光子晶体结构的LED相比,光子晶体结构LED的出光效率可在原来基础上提高1倍以上.并且随着晶格常数的增加,出光效率进一步提高.     

侧面粗化提高GaN基LED出光效率研究

通过对传统结构LED出光分析,提出采用侧面粗化来提高GaN基LED出光效率的方法,使用蒙特卡罗光子追踪方法对器件出光效率进行了模拟。结果表明:粗化侧面为三角状、底角为55°时出光效率最高,随机粗化可以获得比固定角度粗化更高的出光效率,同时降低材料的吸收系数可以提高LED的出光效率,在吸收系数为10/cm时,经过粗化后的LED出光效率可以达到46.1%。模拟结果证明侧面粗化可以较大地提高LED的出光效率。     

GaN基光子晶体发光二极管的优化设计

构建了基于空气孔型Ga N平板光子晶体(PC)的层状发光二极管(LED)模型。基于平面波展开方法,得到了空气孔型平板光子晶体的能带结构,分析了空气孔半径对禁带宽度的影响,得出最大禁带宽度约为21.5%。设置电偶极子位于Ga N介质层的中心,并在x-y平面内极化,辐射源采用高斯形脉冲,波长取为450 nm,采用三维的时域有限差分法计算LED的出光效率,讨论了平板光子晶体的厚度和空气孔的半径对层状LED的相对出光效率的影响,结果表明:存在最优结构参数值获得最高的相对出光效率,其值约为2。     

光子晶体提高GaN基LED发光效率实验与工艺研究

采用聚焦离子束制备了500nm和1.5μm周期两种结构,使GaN基LED光效显著提高。比较长、短周期光子晶体提高光效的程度、制备工艺、设备及其相应的成本,宜采用长周期光子晶体结构来提高蓝光GaN基LED的发光效率。采用聚焦离子束和激光干涉两种方法,在GaN基LED导电层(ITO)上制备了长周期光子晶体,利用光纤光谱仪、显微镜和功率计对光提取效率进行了实验测试,结果表明长周期光子晶体LED比无光子晶体LED的光提取效率提高了90%以上。还采用激光干涉直写方法,以扫描的方式在较大面积上制备了光子晶体LED,确认了该方法及工艺批量化、低成本制备光子晶体的可行性。聚焦离子束方法虽然能够产生较精确的光子晶体图形,但由于耗时长、效率低、成本高等问题,仅适于在实验研究中选择和优化光子晶体的结构和参数。     

掩埋光子晶体加强LED出光效率的理论研究

作者采用有限时域差分法计算研究了掩埋光子晶体对发光二极管的出光功率的加强作用。作者计算比较了不同掩埋光子晶体的晶格种类、多层掩埋光子晶体、掩埋光子晶体与发光层的不同距离的发光二极管的正面光输出功率。计算表明掩埋一维光子晶体可发挥与掩埋二维光子晶体相同的作用。同时,作者提出了一种多层掩埋光子晶体结构可以进一步提高加强发光二极管的正面光输出。而同时使用表面光子晶体和掩埋光子晶体的结构使正面光输出达到一般发光二极管的五倍。     

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3．6V、串联电阻为31Ω、输出功率近1mW的Si衬底GaN基蓝光LED。     

硅衬底GaN基LED外延生长的研究

采用在AlN缓冲层后原位沉积SiN掩膜层,然后横向外延生长GaN薄膜.通过该法在硅衬底上获得了1.7 μm无裂纹的GaN薄膜,并在此基础上外延生长出了GaN基发光二极管(LED)外延片,其外延片的总厚度约为1.9 μm.采用高分辨率双晶X-射线衍射(DCXRD)、原子力显微镜(AFM)测试分析.结果表明,GaN薄膜(0002)面的半峰全宽(FWHM)降低到403 arcsec,其表面平整度得到了很大的改善;InGaN/GaN多量子阱的界面较平整,结晶质量良好.光致发光谱表明,GaN基LED峰值波长为469.2 nm.     

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。     

GaN基发光二极管芯片光提取效率的研究

基于蒙特卡罗方法模拟分析了限制GaN基发光二极管(LEDs)芯片光提取效率的主要因素。结果表明,GaN与蓝宝石之间的较大折射率差别严重限制了芯片光提取效率的提高,通过蓝宝石背面出光比通过p型GaN层的正面出光的芯片光提取效率至少高20％;同时,低GaN光吸收系数、高电极反射率以及环氧树脂封装可以有效的增加芯片光提取效率,并且LEDs芯片尺寸在400μm以下时光提取效率较高。     

高亮度GaN基蓝色LED的研究进展

超高亮度GaN基蓝色LED的发展将会引起照明技术的一场革命，它是目前全球半导体领域研究和投资的特点。本文综合分析了GaN材料的特性及相应的材料生长和欧姆接触、刻蚀工艺等关键技术，并对GaN基蓝色LED器件的进一步改进及应用前景作了展望。     

GaN基LED电流分布的模拟

采用Silvaco软件,利用二维有限元方法,仿真得到LED的电学等特性。比较3种不同尺寸的LED器件内的电流分布,得到电流密度与L的关系曲线,发现减小电流扩展长度L可提高电流的均匀性。模拟了5种不同电极结构的1 mm×1 mm功率LED,发现五插指电极结构的电流分布最均匀。     

图形化蓝宝石衬底结构对GaN基LED发光性能的影响

为了研究图形化蓝宝石衬底(PSS)的结构和形貌对GaN基发光二极管(LED)光学性能的影响,对PSS的制备工艺和参数进 行了调控,从而 形成具有不同填充因子的蒙古包形PSS(HPSS)和金字塔形PSS(TPSS)两种衬底,用于生长 和制备蓝光LED 芯片。通过对TPSS-LED的光学性能测试和分析得到,随着PSS填充因子的增大, LED的 光输出功 率也增大;进而比较具有相同填充因子的HPSS和TPSS的光学性能表明,HPSS明显优于TPSS。 因此, PSS填充因子的增大,能够提高LED的光输出功率;优化PSS的结构可以改善LED中光出射途径 ,从而更有效提高LED的光发射效率。     

Hot-electron induced degradations in GaN-based LEDs fabricated on nanoscale epitaxial lateral overgrown layers

We report investigations on the hot-electron hardness of GaN-based multiple quantum wells (MQWs) fabricated on nanoscale epitaxial lateral overgrown (NELO) GaN layers. This layer was deposited using a SiO₂ growth mask with nanometer-scale windows. The active regions of the devices consist of five-period GaN/InGaN MQWs. Structural analyses of the material indicate significant reduction in the threading dislocation density of the devices compared to the control which were fabricated without the use of the NELO GaN layers. The hot-electron degradation of the devices due to the application of a large dc. current was characterized by detailed examination of the electroluminescence (EL), I-V, thermoreflectance and the current noise power spectra of the devices as a function of the stress time. Significant improvements in the hot-electron hardness were observed in the device compared to the control.     

GaN基LED的图形衬底优化研究

设计了方形和阶梯状两大类的图形化蓝宝石衬底(PSS), 使用Crosslight公司的工艺软件CSuprem建立了三维的方形和阶梯状两类图形衬底GaN LED器件, 然后使用APSYS软件模拟计算出它们的光电特性。并且对方形图形衬底的刻蚀深度进行了优化, 通过对模拟结果的比较得到刻蚀深度与边长的比值为0.4时, 这种方形图形衬底GaN LED的光提取效率最高, 且比平面衬底提高了20.13%。对阶梯状图形衬底的阶梯层数进行了比较, 发现随着阶梯层数的增加, 光提取效率也随着增加, 阶梯状层数为5时, 光提取效率比平面衬底提高了30.03%。并对方形PSS LED进行了实验验证。