InGaN/GaN多量子阱蓝光LED电学特性研究

对不同温度(120～363 K)下InGaN/GaN多量子阱(MQW)结构蓝光发光二极管(LED)的电学特性进行了测试与深入的研究.发现对数坐标下I-V特性曲线斜率随温度变化不大.分别用载流子扩散-复合模型和隧道复合模型对其进行计算,发现室温下其理想因子远大于2,并且随着温度的下降而升高;而隧穿能量参数随温度变化不大.这说明传统的扩散-复合载流子输运模型不再适用于InGaN/GaN MQW蓝光LED.分析指出由于晶格失配以及生长工艺的制约,外延层中具有较高的缺陷密度和界面能级密度,导致其主要输运机制为载流子的隧穿.     

InGaN/GaN多量子阱蓝光LED的p-GaN盖层的MOCVD生长研究

利用金属有机物化学气相淀积（MOCVD）生长了InGaN／GaN多量子阱（MQW）蓝光发光二极管（LED）,研究了不同Cp2Mg流量下生长的p-GaN盖层对器件电学特性的影响。结果表明,随着Cp2Mg流量的提高,漏电流升高,并且到达一临界点会迅速恶化;正向压降则先降低,后升高。进而研究相同生长条件下生长的p-GaN薄膜的电学特性、表面形貌及晶体质量,结果表明,生长p-GaN盖层时,Cp2Mg流量过低,盖层的空穴浓度低,电学特性不好;Cp2Mg流量过高,则会产生大量的缺陷,盖层晶体质量与表面形貌变差,使得空穴浓度降低,电学特性变差。因此,生长p-GaN盖层时,为使器件的正向压降与反向漏电流均达到要求,Cp2Mg流量应精确控制。     

InGaN/GaN多量子阱LED电致发光谱中双峰起源的研究

研究了MOCVD生长的具有双发射峰结构的InGaN/GaN多量子阱发光二极管(LED)的结构和发光特性.在透射电子显微镜(TEM)下可以发现量子阱的宽度不一致,电致发光谱(EL)发现了位于2.45eV的绿光发光峰和2.81eV处的蓝光发光峰.随着电流密度增加,双峰的峰位没有移动,直到注入电流密度达到2×104 mA/cm2时,绿光发光峰发生蓝移,而蓝光发光峰没有变化.单色的阴极荧光谱(CL)发现绿光发射对应的发光区包括絮状区域和发光点,而蓝光发射对应的发光区仅包含絮状区域.通过以上的结果,我们认为蓝光发射基本上源于InGaN量子阱发光,而绿光发射则起源于量子阱和量子点的发光.     

InGaN/GaN多量子阱LED电致发光谱中双峰起源的研究

研究了MOCVD生长的具有双发射峰结构的InGaN/GaN多量子阱发光二极管(LED)的结构和发光特性.在透射电子显微镜(TEM)下可以发现量子阱的宽度不一致,电致发光谱(EL)发现了位于2.45eV的绿光发光峰和2.81eV处的蓝光发光峰.随着电流密度增加,双峰的峰位没有移动,直到注入电流密度达到2×104 mA/cm2时,绿光发光峰发生蓝移,而蓝光发光峰没有变化.单色的阴极荧光谱(CL)发现绿光发射对应的发光区包括絮状区域和发光点,而蓝光发射对应的发光区仅包含絮状区域.通过以上的结果,我们认为蓝光发射基本上源于InGaN量子阱发光,而绿光发射则起源于量子阱和量子点的发光.     

InGaN/GaN多量子阱纳米线发光二极管制备及研究

用SiO2纳米图形层作为模板在以蓝宝石为衬底的n-GaN单晶层上制备了InGaN/GaN多量子阱纳米线,并成功实现了其发光二极管器件(LED).场发射扫描电子显微镜(FESEM)的测量结果表明,InGaN/GaN多量子阱纳米线具有光滑的表面形貌和三角形的剖面结构.室温下阴极射线荧光谱(CL)的测试发现了位于461 nm...     

单量子阱InGaN/GaN势垒高度与LED光电性能关系研究

通过对InxGa1-xN掺杂不同组份的In来改变InxGa1-xN的禁带宽度,从而改变量子阱势垒高度,并研究其与发光二极管光电性能、效率下降之间的关系。通过仿真模拟实验研究了不同量子阱势垒高度与InGaN /GaN量子阱发光二极管的功率光谱密度、内量子效率、发光功率及复合率之间的关系。分析结果表明：(1) In含量与发光二极管的光电性能并非成线性关系。(2) 在电流密度较低时,In组份越小,光谱密度峰值越大,发光功率越大。(3) 在电流密度较大时,In组份越大,光谱密度峰值越大,发光功率越大。(4) 光谱蓝移与电流密度大小紧密相关,电流密度大的蓝移程度大,反之越小。因此,应该根据不同的电流密度来选择In组份的大小,从而提高发光效率。     

单量子阱InGaN/GaN势垒高度与LED光电性能关系研究

通过对In_xGa_(1-x)N掺杂不同组份的In来改变In_xGa_(1-x)N的禁带宽度,从而改变量子阱势垒高度,并研究其与发光二极管光电性能、效率下降之间的关系、通过仿真模拟实验研究了不同量子阱势垒高度与InGaN/GaN量子阱发光二极管的功率光谱密度、内量子效率、发光功率及复合率之间的关系、分析结果表明:1)In含量与发光二极管的光电性能并非成线性关系。2)在电流密度较低时,In组份越小,光谱密度峰值越大,发光功率越大、3)在电流密度较大时,In组份越大,光谱密度峰值越大,发光功率越大、4)光谱蓝移与电流密度大小紧密相关,电流密度大的蓝移程度大,反之越小、因此,应根据不同的电流密度来选择In组份的大小,从而提高发光效率、     

小偏压下阱中阱结构的量子隧穿特性及其实现

共振隧穿是电子的隧穿概率在某一个能量值附近以尖锐的峰值形式出现的隧穿,是目前为止最有希望应用到实际电路和系统的量子器件之一,其特点是器件的响应速度非常快。本文用传递矩阵的方法分别计算了在外加偏压下,对称双势垒、三势垒应变量子阱结构的透射系数与入射电子能量和隧穿电流与偏置电压的关系,模拟了应变多量子阱结构的隧穿系数和I-V特性曲线。计算得到隧穿电流峰值位置与实验测试值符合得很好,对于设计共振隧穿二极管并为进一步实验提供理论指导具有重要的意义。     

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.     

生长温度对InGaN/GaN多量子阱LED光学特性的影响

利用低压MOCVD系统,在蓝宝石衬底上外延生长了InGaN/GaN多量子阱蓝紫光LED结构材料.研究了生长温度对有源层InGaN/GaN多量子阱的合金组分、结晶品质及其发光特性的影响.结果表明当生长温度从730℃升到800℃时,LED的光致发光波长从490nm移到380nm,室温下PL谱发光峰的半高全宽从133meV降到73meV,表明了量子阱结晶性的提高.高温生长时,PL谱中还观察到了GaN的蓝带发光峰,说明量子阱对载流子的限制作用有所减弱.研究表明,通过改变生长温度可以对LED发光波长及有源层InGaN的晶体质量实现良好的控制.     

InGaN/GaN LEDs with a Si-doped InGaN/GaN short-period superlattice tunneling contact layer

Nitride-based light-emitting diodes (LEDs) with Si-doped n⁺-In_0.23Ga_0.77N/GaN short-period superlattice (SPS) tunneling contact top layer were fabricated. It was found that although the measured specific-contact resistance is around 1 × 10⁻² Ω-cm² for samples with an SPS tunneling contact layer, the measured specific-contact resistance is around 1.5×10⁰ Ω-cm² for samples without an SPS tunneling contact layer. Furthermore, it was found that one could lower the LED-operation voltage from 3.75 V to 3.4 V by introducing the SPS structure. It was also found that the LED-operation voltage is almost independent of the CP₂Mg flow rate when we grow the underneath p-type GaN layer. The LED-output intensity was also found to be larger for samples with the SPS structure.     

p型InGaN/GaN超晶格N面GaN基LED的光电特性

随着氮(N)面GaN材料生长技术的发展,基于N面GaN衬底的高亮度发光二极管(LED)的研究具有重要的科学意义.研究了具有高发光功率的N面GaN基蓝光LED的新型结构设计,通过在N面LED的电子阻挡层和多量子阱有源层之间插入p型InGaN/GaN超晶格来提高有源层中的载流子注入效率.为了对比N面GaN基LED优异的器件性能,同时设计了具有相同结构的Ga面LED.通过对两种LED结构的电致发光特性、有源层中能带图、电场和载流子浓度分布进行比较可以发现,N面LED在输出功率和载流子注入效率上比Ga面LED有明显的提升,从而表明N面GaN基LED具有潜在的应用前景.     

高反射性电流阻挡层用于提高InGaN/GaN发光二极管的光输出功率

由SiO₂/TiO₂分布布拉格反射镜(DBR)和Al镜组成的混合式反射电流阻挡层用于提高InGaN/GaN发光二极管的光输出功率。混合式反射电流阻挡层不仅增强了电流扩展效应而且有效的将射向p金属电极的光子反射防止其对p电极焊点附近光子的吸收。实验结果表明,淀积在p-GaN上1.5个周期的SiO₂/TiO₂DBR和Al镜在455nm垂直入射时的反射率高达97.8%。在20mA的工作电流下,与没有电流阻挡层的发光二极管相比,生长1.5对SiO₂/TiO₂ DBR和Al镜作为电流阻挡层的发光二极管的光输出功率提高了12.5%,且光输出功率的分布更加均匀。     

InGaN/GaN multiple quantum well green light-emitting diodes prepared by temperature ramping

High-quality InGaN/GaN multiple-quantum well (MQW) light-emitting diode (LED) structures were prepared by a temperature-ramping method during metal-organic chemical-vapor deposition (MOCVD) growth. Two photoluminescence (PL) peaks, one originating from well-sensitive emission and one originating from an InGaN quasi-wetting layer on the GaN-barrier surface, were observed at room temperature (RT). The observation of high-order double-crystal x-ray diffraction (DCXRD) satellite peaks indicates that the interfaces between InGaN-well layers and GaN-barrier layers were not degraded as we increased the growth temperature of the GaN-barrier layers. With a 20-mA and 160-mA current injection, it was found that the output power could reach 2.2 mW and 8.9 mW, respectively. Furthermore, it was found that the reliability of the fabricated green LEDs prepared by temperature ramping was also reasonably good.     

InGaN/GaN multi-quantum-well-based light-emitting and photodetective dual-functional devices

In this study, we fabricated and characterized an InGaN/GaN multi-quantum-well (MQW)-based p-n junction photodetector (PD) for voltage-selective light-emitting and photo-detective applications. The photode-tector exhibits a cutoff wavelength at around 460nm which is close to its electroluminescence (EL) peak position. The rejection ratio was determined to be more than three orders of magnitude. Under zero bias, the responsivity of the device peaks at 371 nm, with a value of 0.068 A/W, corresponding to a 23% quantum efficiency.The overall responsivity gradually rises as a function of reverse bias, which is explained by the enhanced photocarrier collection efficiency.     

低损伤ICP刻蚀技术提高GaN LED出光效率

首先分析了在制作GaN基LED时,采用干法刻蚀技术会对材料的表面和量子阱有源区造成损伤,影响了GaN基LED的内量子效率。针对这个问题,研究实验采用感应耦合等离子反应刻蚀(ICP-RIE)技术,分别选择了氯气/三氯化硼(Cl2/BCl3)气体体系和氯气/氩气(Cl2/Ar)气体体系,通过优化射频功率、ICP功率、气体流量以及相应的真空度,得到了良好的刻蚀端面,对于材料造成的损伤较低,得到更好的I-V特性。实验结果表明,采用低损伤的偏压功率刻蚀后制作的LED器件,出光功率提升一倍以上,同时采用Cl2/Ar气体体系,改善了器件的I-V特性,有效提高了LED的出光效率。     

High-performance and current crowding-free InGaN-GaNbased LEDs integrated by an electrically-reverse-connected Schottky diode and a Mg-delta doped p-GaN

This work demonstrates high-performance and current crowding-free InGaN/GaN light-emitting diodes (LEDs) using an electrically-reverse-connected Schottky diode (SD) and an Mg-delta (δ) doped layer.Poss...     

封装过程中LED芯片理想因子的实验研究

基于发光二极管（LED）参数的非接触检测的方法研究,测试研究了封装过程中LED的理想因子。探讨了影响LED理想因子的因素,测试了光致发光（PL）条件下不同LED的理想因子,对比了封装缺陷对于理想因子的影响。实验表明,结温与载流子注入强度是LED理想因子的关键因素,LED封装过程中的缺陷对理想因子具有显著影响,并且可以通...     

Characteristics of Green Light-Emitting Diodes Using an InGaN:Mg/GaN:Mg Superlattice as p-Type Hole Injection and Contact Layers

Mg-doped InGaN/GaN p-type short-period superlattices (SPSLs) are developed for hole injection and contact layers of green light-emitting diodes (LEDs). V-defect-related pits, which are commonly found in an InGaN bulk layer, can be eliminated in an InGaN/GaN superlattice with thickness and average composition comparable to those of the bulk InGaN layer. Mg-doped InGaN/GaN SPSLs show significantly improved electrical properties with resistivity as low as ∼0.35 ohm-cm, which is lower than that of GaN:Mg and InGaN:Mg bulk layers grown under optimized growth conditions. Green LEDs employing Mg-doped InGaN/GaN SPSLs for hole injection and contact layers have significantly lower reverse leakage current, which is considered to be attributed to improved surface morphology. The peak electroluminescence intensity of LEDs with a SPSL is compared to that with InGaN:Mg bulk hole injection and contact layers.