InGaN基蓝色发光二极管量子阱阻挡层的优化设计

计算比对了不同垒层构型量子阱的极化电场,对极化场下能级结构、载流子浓度分布、自发辐射复合速率和缺陷所造成的Shockley-Reao-Hall(SRH)非辐射复合速率进行了研究,确定内建电场引起的量子阱区域载流子浓度分布均匀性是影响器件效能高低的关键因素.对大电流下晶格优化的A10.02In0.1Ga0.88N四元材料作为量子阱垒层的器件效能和发光特性下降的原因进行了深入分析,同时提出了具体的解决方法.     

InGaN/GaN超晶格垒层用于InGaN发光二极管发光增强研究

设计了InGaN/GaN超晶格垒层替代p-GaN和n-GaN附近传统GaN垒层的InGaN/GaN多量子阱(MQW)发光二极管(LEDs)结构。通过数值方法模拟出两种LED结构的光功率-电压(L-V)曲线、电致发光(EL)谱、能带图、电子浓度分布和辐射复合速率。结果表明InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层的LED结构比替代p-GaN附近GaN垒层的LED显示出更高的发光强度。这种发光增强的原因是InGaN/GaN超晶格替代n-GaN附近GaN垒层可以提高电子注入效率和辐射复合速率。     

线性分布的In组分对紫色InGaN/GaN单量子阱发光特性的影响

采用数值模拟的方法研究了具有相同的平均In组分,但In组分的分布不同的3个紫色InGaN/GaN单量子阱样品的光谱特性.通过分析样品的电致发光谱、能带结构、波函数交叠以及载流子浓度分布等,发现沿生长方向阱内In组分线性增加的单量子阱样品的发光效率最高,而In组分线性减小的样品发光效率最低.这是因为In组分的线性增加能够减弱极化场对价带的影响,使阱内价带变得更加平缓.这不仅降低了空穴的注入势垒高度、增大了阱中的空穴浓度,还增强了阱内电子-空穴波函数的交叠积分,提高了辐射复合几率,从而使In组分线性增加的量子阱的发光效率显著提高.     

应力补偿型InGaN-A1GaN量子阱发光二极管结构优化研究

薄的应力补偿层AIGaN的引进对InGaN量子阱结构的发光二极管输出功率和内量子效率的影响被详细考察。由理论模拟结果得知,不管是在低温还是高温,合适的应力补偿层引进都能极大改善LED器件输出功率和内量子效率。应力补偿层A1GaN的加入导致器件漏电流的降低被认为是器件效能提高的主要原因。定量优化A1GaN应力补偿层的厚度和其中Al的含量在这里也被探讨研究。计算结果表明,当应力补偿型InGaN—A1GaN量子阱结构中Al-GaN厚度为1nm,Al含量为0．25时,能够获得最大的发光功效和内量子效率。     

应力补偿型InGaN-AlGaN量子阱发光二极管结构优化研究

薄的应力补偿层AlGaN的引进对InGaN量子阱结构的发光二极管输出功率和内量子效率的影响被详细考察.由理论模拟结果得知,不管是在低温还是高温,合适的应力补偿层引进都能极大改善LED器件输出功率和内量子效率.应力补偿层AlGaN的加入导致器件漏电流的降低被认为是器件效能提高的主要原因.定量优化AlGaN应力补偿层的厚度和其中Al的含量在这里也被探讨研究.计算结果表明,当应力补偿型InGaN-AlGaN量子阱结构中AlGaN厚度为1nm,Al含量为0.25时,能够获得最大的发光功效和内量子效率.     

量子阱带间跃迁探测器基础研究（特邀）

在最近的实验中,PN结型量子阱结构被观察到反常的载流子输运情况,其相应的物理机制和载流子输运模型被提出。通过系统实验观察到,PN结量子阱结构材料在共振激发模式下,仍可测出开路电压或短路电流。对比开路和短路情况下的光致荧光（PL）光谱,发现短路下PL强度明显降低。这说明短路状态下的光生载流子没有被限制在量子阱内,而是逃逸出结区。这种载流子逃出量子阱的现象却没有在等量偏压下的NN型量子阱结构中发现,说明载流子逃出量子阱并非由传统的热激发或隧穿的作用导致。据此,笔者提出了相应的物理机制和载流子输运模型对此现象进行解释,认为光生载流子能在PN结内建电场的作用下直接逃出量子阱,并且辐射复合发光发生在载流子逃逸过程之后。     

载流子复合机制对不同发光波长InGaN基LED调制带宽的影响

传统的ABC模型主要用于研究InGaN量子阱中载流子的复合动态过程.使用传统的ABC模型计算载流子的复合速率和复合寿命,研究不同发光波长InGaN基LED的3 dB调制带宽与载流子复合机制的关系.计算分析结果表明,在相同的注入电流下,随着有效有源区厚度和量子阱层厚度的减小,400 nm近紫外、455 nm蓝光以及525 nm绿光三种发光波长LED的3 dB调制带宽均明显增大;在100 A/cm2的注入电流密度下,400,455,525 nm三种发光波长LED的3 dB调制带宽分别为62,88,376 MHz;在相同的电流密度下,LED的3 dB调制带宽随着In组分(In元素的原子数分数占In元素与Ga元素的原子数分数总和的比)的增加而增大;由于525 nm波长LED的In组分高,有效有源区厚度薄,所以源区载流子浓度高,在大电流密度下525 nm绿光LED的3 dB调制带宽达到376 MHz.     

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.     

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.     

极化效应对氮化镓型LED性能影响分析北大核心

对氮化镓(InGaN/GaN)型MQW(多量子阱)结构的蓝宝石衬底LED(发光二极管)受自发和压电极化效应的影响进行了研究。为了分析LED的输出特性,利用MATLAB软件对传统水平结构的InGaN/GaN型MQW蓝光LED芯片进行了模拟。研究表明,LED各个界面极化电荷同比例增加能稍微改善LED的电学特性,但却显著降低了LED的光输出功率和内量子效率,这主要是由于界面电荷改变了能带结构,阻碍了空穴的扩散与漂移,降低了辐射复合系数。可以通过改变位错密度来降低极化电荷对LED的影响,改善LED的性能。