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.     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

InGaN/GaN多量子阱太阳电池的研制及特性研究

利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了InGaN/GaN多量子阱外延结构,高分辨率X射线衍射测量结果显示,量子阱结构界面清晰,周期重复性很好,InGaN阱层的In组分约为0.2。利用该外延结构制备的InGaN/GaN多量子阱太阳电池的开路电压为2.16V,转换效率达到了0.64%。器件的I-V测量结果显示,在光照条件下,曲线的正向区域存在一明显的"拐点"。随着聚光度的减小,I-V曲线的"拐点"逐渐向高电压区域移动,同时器件的开路电压也随之急剧下降。通过与理论计算对比,发现器件开路电压的下降幅度明显大于理论计算值。进一步分析表明,InGaN量子阱的极化效应不仅是I-V曲线产生拐点以及器件开路电压下降过快的主要原因,也是影响氮化物太阳电池性能的关键因素之一。     

LP—MOCVD生长InGaN及InGaN／GaN量子阱的研究

利用MOCVD系统在Al2O3衬底上生长InGaN材料和InGaN/GaN量子阱结构材料，研究发现InGaN材料中In组份几乎不受TMG与TMI的流量比的影响，而只与生长温度有关，生长温度由800℃降低到740℃，In组份的从0.22增加到0.45；室温InGaN光致发光光谱（PL）峰全半高宽（FWHM）为15.5nm;InGaN/GaN量子阱区InGaN的厚度2nm，但光荧光的强度与100nm厚InGaN的体材料相当。     

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...     

InGaN/GaN 和 InGaN/AlGaN 多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品，进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量. PL测量结果表明，相对于带有蓝宝石衬底的样品，InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移，而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移；喇曼光谱的结果表明，激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1. 这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放，但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化. XRD的结果证实了这一结论.     

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多量子阱电池的垒层结构优化及其光学特性调控

InGaN基量子阱作为太阳电池器件的有源区时,垒层厚度设计以及实际生长对其光学特性的影响极为重要.采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术,在蓝宝石衬底上外延生长了垒层厚度较厚的InGaN/GaN多量子阱,使用高分辨X射线衍射和变温光致发光谱研究了垒层厚度对InGaN多量子阱太阳电池结构的界面质量、量子限制效应及其光学特性的影响.较厚垒层的InGaN/GaN多量子阱的周期重复性和界面品质较好,这可能与垒层较薄时对量子阱的生长影响有关.同时,厚垒层InGaN/GaN多量子阱的光致发光光谱峰位随温度升高呈现更为明显的“S”形(红移-蓝移-红移)变化,表现出更强的局域化程度和更高的内量子效率.     

InGaN多量子阱面发射微盘激光器的理论研究

为了实现半导体微盘磁光器的单模面发射,设计了一种以ＩｎＧａＮ多量子阱为有源层,ＣａＮ外延层为覆盖层的半导体微盘激光器。通过对ＧａＮ覆盖层进行图形刻蚀,可以对不同的角模式进行有选择的增益,由此实现选模。用有效增益因子加电介质盘的模型对实际微盘结构进行简化,并根据此模型计算微盘外的远场分布,并进上步计算有效增益因子。分析表明,这种结构能够实现ｍ＝１角模式的面发射。     

最大振荡频率为200 GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

本文报道了fmax为200GHz的基于蓝宝石衬底的AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）。外延材料结构采用了InGaN背势垒层来减小短沟道效应,器件采用了凹栅槽和T型栅结合的工艺,实现了Ka波段AlGaN/GaN HEMT。器件饱和电流达到1.1A/mm,跨导为421mS/mm,截止频率（fT）为30GHz,最大振荡频率（fmax）为105GHz。采用了湿法腐蚀工艺将器件的Si3N4钝化层去除后,器件的Cgs和Cgd减小,器件截止频率提高到50GHz,最大振荡频率提高到200GHz。     

最大振荡频率为200GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

报道了最大振荡频率为200 GHz的基于蓝宝石衬底的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).外延材料结构采用InGaN背势垒层来减小短沟道效应,器件采用凹栅槽和T型栅结合的工艺,实现了Ka波段AlGaN/GaNHEMT.器件饱和电流达到1.1 A/mm,跨导为421 mS/mm,截止频率(fT)为30 GHz...     

基于图形衬底生长的GaN位错机制分析

采用缺陷选择性腐蚀法结合光学显微镜及原子力显微镜(AFM)对金属有机化合物气相外延(MOVPE)在蓝宝石图形衬底(PSS)上生长的非掺杂GaN体材料的位错产生机制进行了研究,分析结果表明,位错来源于三个方面:一是"二步法"生长机制引入的位错;二是是由于图形衬底上不同区域GaN晶体相互连接时由于晶面不连续所造成的位错群;三是由于图形衬底制作工艺过程中引入的表面污染与损伤.     

Investigation of light output performance for gallium nitride-based light-emitting diodes grown on different shapes of patterned sapphire substrate

GaN-based blue light-emitting diodes (LEDs) on various patterned sapphire substrates (PSSs) are investigated in detail. Hemispherical and triangular pyramidal PSSs have been applied to improve the performance of LEDs compared with conventional LEDs grown on planar sapphire substrate. The structural, electrical, and optical properties of these LEDs are investigated. The leakage current is related to the crystalline quality of epitaxial GaN films, and it is improved by using the PSS technique. The light output power and emission efficiency of the LED grown on triangular pyramidal PSS with optimized fill factor show the best performance in all the samples, which indicates that the pattern structure and fill factor of the PSS are related to the capability of light extraction.     

锥形图形衬底上氮化镓薄膜生长和表征

GaN films are grown on cone-shaped patterned sapphire substrates(CPSSs)by metal-organic chemical vapor deposition,and the influence of the temperature during the middle stage of GaN growth on the threading dislocation(TD)density of GaN is investigated.High-resolution X-ray diffraction(XRD)and cathodeluminescence(CL)wereusedtocharacterizetheGaNfilms.TheXRDresultsshowedthattheedge-typedislocation density of GaN grown on CPSS is remarkably reduced compared to that of GaN grown on conventional sapphire substrates(CSSs).Furthermore,whenthegrowthtemperatureinthemiddlestageofGaNgrownonCPSSdecreases,the full width at half maximum of the asymmetry(102)plane of GaN is reduced.This reduction is attributed to the enhancement of vertical growth in the middle stage with a more triangular-like shape and the bending of TDs.The CL intensity spatial mapping results also showed the superior optical properties of GaN grown on CPSS to those of GaN on CSS,and that the density of dark spots of GaN grown on CPSS induced by nonradiative recombination is reduced when the growth temperature in the middle stage decreases.     

Effect of metal-fingers/doped-ZnO transparent electrode on performance of GaN/InGaN solar cell

The effect of doped-ZnO transparent conductive oxide (TCO) with metal (Ag)-fingers contact on GaN/InGaN solar cell is investigated through numerical simulations. An optical and electrical analysis of different dopant elements (such as B, Al, Ga, In and Sn) with ZnO as a top TCO layer is studied. A comparative analysis of metal square pad electrode, metal grid pattern electrode and metal-finger/ZnO type electrodes are taken into consideration to ensure the effect of anti-reflectivity by ZnO. The effect of thickness of ZnO and i-InGaN layer on performance of solar cell is also studied in detail. The proposed solar cell structure with Ag-fingers/ZnO:Al as top contact electrode shows interesting device characteristics compared to other dopants and metal top electrodes. The device achieves open circuit voltage~2.525 V, short circuit current~4.256 mA/cm², fill factor~87.86% and efficiency~9.22% under 1 Sun, air mass 1.5 global illumination.     

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。     

图形蓝宝石衬底GaN基发光二极管的研制

采用抗刻蚀性光刻胶作为掩膜,并利用光刻技术制作周期性结构,进行ICP干法刻蚀C面(0001)蓝宝石制作图形蓝宝石衬底(PSS);然后,在PSS上进行MOCVD制作GaN基发光二极管(LED)外延片;最终,进行芯片制造和测试。PSS的基本结构为圆孔,直径为3μm,间隔为2μm,深度为864 nm,呈六角形分布。与同批生长的普通蓝宝石衬底(CSS)GaN基LED芯片相比,PSS芯片的光强和光通量比CSS分别提高57.32%和28.33%(20 mA),并可减小芯片的反向漏电流,且未影响芯片的波长分布和电压特性。     

Modeling of polarization charge in N-face InGaN/GaN MQW solar cells

The present work reports on a theoretical study of spontaneous and piezoelectric polarization effects on the photovoltaic characteristics of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells. More especially, it will prove that the use of heterostructures with N-face as a surface polarity can further improve the photovoltaic conversion. A new model including piezoelectric polarization is developed. In this paper, a part of simulation is also paid to analyze the dependence of the photocurrent density, the open circuit voltage, the output power and the efficiency versus the In composition and the number of quantum well units. As has been found, a maximum of energy conversion is expected to achieve 19 percent for optimum alloy composition. An attempt to explain the photovoltaic behavior of the solar cells in correlation of obtained results will be attempted.