氮化镓基高亮度发光二极管材料外延和干法刻蚀技术

通过对氮化镓(Gallium nitride,GaN)基蓝色高亮度发光二极管(High brightness light emitting diode,HB-LED)材料金属有机气相外延(Metal organic vapor phase epitaxy,MOVPE)生长技术的研究和优化以及在有源区内引入新型InxGa1-xN/GaN多量子阱(Multiple quantum wells,MQWs)结构,获得了高性能的HB-LED外延片材料.高分辨率X射线衍射(High resolution X-ray diffraction,HR-XRD)和变温光致荧光谱(Temperature dependent photoluminescence spectra,TD-PL Spectra)测量表明外延材料的异质界面陡峭,单晶质量优异,并由变注入电致荧光谱(Injection dependent electroluminescence spectra,ID-EL spectra)测量获得:HB-LED芯片的峰值发光波长在注入电流为2 mA至120 mA变化下蓝移量小于1 nm,电致荧光谱的半高全宽值(Full width hlf maximum,FWHM)在注入电流为20 mA时仅为18 nm.此外,还介绍了GaN基材料感应耦合等离子体(Inductivelycoupled plasma,ICP)干法刻蚀技术.考虑实际需要,本文作者开发了AlGaN/GaN异质材料的非选择性刻蚀工艺,原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)观察得到AlGaN/GaN刻蚀表面均方根粗糙度RMS仅为0.85nm,与外延片的表面平整度相当.还获得了AlGaN/GaN高选择比的刻蚀技术,GaN和AlGaN的刻蚀选择比为60.     

Response time improvement of AlGaN photoconductive detectors by adjusting crystal-nuclei coalescence process in metal organic vapor phase epitaxy

AlGaN photoconductive ultraviolet detectors are fabricated to study their time response characteristics. Persistent photoconductivity,a deterring factor for the detector response time,is found to be strongly related to the grain boundary density in AlGaN epilayers.By improving the crystal-nuclei coalescence process in metal organic vapor phase epitaxy,the grain-boundary density can be reduced,resulting in an-order-of-magnitude decrease in response time.     

电感耦合等离子体刻蚀InP端面的掩膜特性研究

深入研究了掩膜制作工艺对电感耦合等离子体刻蚀的InP端面的影响。首先比较了光刻胶、SiO2和Si3N4三种材料的掩膜特性，发现掩膜图形的致密性、侧壁粗糙度和垂直度等对刻蚀效果具有至关重要的影响。然后通过优化SF6等离子体刻蚀Si3N4的条件，得到了边缘平整且侧壁垂直的掩膜图形。利用这一掩膜制作技术，获得了深度达7μm的光滑垂直的InP刻蚀端面，选择比达15：1。     

基于朗伯型反射微结构的LED室内照明光源设计

提出了一种基于朗伯型反射面的LED间接照明系统,即LED光源出射的光全部通过朗伯型反射面反射后再照射目标区域,该系统具有光源亮度均匀、灯具效率高等优点,很好地解决了高亮度LED点光源给室内照明带来的眩光问题。首先提出了一种能够很好逼近朗伯反射面的复合型微结构表面,并通过Lighttools光学仿真对其分布参数进行了优化,使最终结果在不同光线入射角的情况下,都具有较理想的余弦反射特性。在此基础上,设计了整体光学系统,使其实现了近180°范围的角度亮度的均匀性和高达84.7%的灯具效率,验证了间接照明方法的可行性。     

氧气等离子体处理对AlGaN肖特基接触的影响

研究了不同的干法刻蚀以及氧气等离子体处理条件对AlGaN表面特性的影响。在合适的条件下,氧气等离子体处理可以使AlGaN表面发生氧化,并使肖特基接触的反向漏电流降低两个数量级,反向击穿电压也有显著提高。该方法简单易行,可应用于制备高性能的AlGaN／GaN HEMT器件。     

InP材料直接键合技术

研究了 In P/In P的直接键合技术 ,给出了详细的 In P/In P键合样品的电特性随健合工艺条件变化的数据 ,在低于 6 5 0℃的键合温度下实现了 In P/In P大面积的均匀直接键合 ,获得了与单晶 In P衬底相同的电特性和机械强度 .在器件的键合实验中也获得了成功 ,在 In Ga As P/In P多量子阱激光器结构的外延面上键合 p- In P衬底后制作的激光器激射特性良好 .     

超宽带光电子芯片技术研究北大核心

超宽带光电子芯片是下一代无线通信、先进电子信息装备中光纤传输与信号处理的关键元器件,芯片中光子、电子、电磁场之间的相互作用是决定芯片性能的核心因素。文章通过介绍超宽带光电探测器芯片、电光调制器芯片等方面的研究进展,分享课题组在破解上述核心科学问题、提高芯片性能的关键技术方案。     

GaN基绿光LED材料蓝带发光对器件特性的影响

分析比较了在不同外延生长条件下GaN基高In组分绿光LED材料室温和低温10K下光致发光谱中蓝带发光峰,研究了外延结构中p型层蓝带峰发光特性对材料晶体质量和器件电光转换效率的影响.结果表明:通过优化p型层的外延生长条件,可有效降低和消除其蓝带发光峰较之多量子阱主峰的相对强度,有利于提高LED器件特别是高In组分绿光LED器件在同等注入电流条件下的发光功率.     

射频分子束外延生长氮化铝材料中缺陷的研究

采用射频分子束外延方法生长了氮化铝薄膜材料,研究了生长条件对外延层中位错和点缺陷等晶体缺陷的影响.结果表明,在富Al条件下,适当提高生长温度有利于抑制位错的产生,但同时会引入更多的氧杂质点缺陷.而对于空位点缺陷,在富Al条件下进行二维生长可同时增强Al和N原子的迁移,因此可有效地减少Al空位和N空位.但是,相比于Al空位,薄膜中的N空位更难以消除.     

不同AlGaN层厚度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的静态特性

利用金属有机化合物气相外延技术研究了Al Ga N/ Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的外延生长及器件制作,重点比较了具有不同Al Ga N层厚度的HEMT器件的静态特性.实验发现具有较薄Al Ga N隔离层的结构表现出较好的器件特性.栅长为1μm的器件获得了6 5 0 m A/ m m的最大饱和电流密度和10 0 m S/ mm的最大跨导.