采用Ga(In,As)P异变缓冲层的GaP/Si衬底上InAs量子阱

本工作在GaP/Si衬底上基于In0.83Al0.17As异变缓冲层实现了InAs/In0.83Al0.17As量子阱的生长.研究了GaxIn1-xP和GaAsyP1-y递变缓冲层对量子阱结构材料性能的影响.采用GaxIn1-xP组分渐变缓冲层的样品X射线衍射倒易空间衍射峰展宽更小,表明样品中的失配位错更少.两个样品均...     

Si衬底GaN基材料及器件的研究

GaN具有禁带宽、热导率高等特点,广泛应用于光电子和微电子器件领域.Si衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统器件工艺的集成,因而具有很高的研究价值.介绍了Si衬底GaN基材料生长及特性方面的研究现状和GaN基器件的进展情况.     

Si非平面衬底上SiGe/Si量子阱的光致发光特性

采用一种晶向性腐蚀方法，在（100）Si平面衬底上腐蚀得到一种非平面结构，经SiGeMBE外延后，从SEM照片上可以看出，SiGe外延层是一种量子点、线和阱的混合结构．非平面结构上的SiGe层的发光强度为平面结构上的8～10倍．从SiGe层内发出的发光强度占样品总发光强度的96％，且m≈1．1的值表明外延层的质量及时载流子的收集效率是高的．随着激发功率的增加，可以看到PL谱的蓝移．     

Si衬底InGaN/GaN多量子阱LED外延材料的微结构

用透射电子显微镜(TEM)和X射线双晶衍射仪(DCXRD)对在Si(111)衬底上生长的InGaN/GaN多量子阱(MQW)LED外延材料的微结构进行了观察和分析.从TEM高分辨像观察到,在Si和AlN界面处未形成SixNy非晶层,在GaN/AlN界面附近的GaN上有堆垛层错存在,多量子阱的阱(InGaN)和垒(GaN)界面明锐、厚度均匀;TEM和DCXRD进一步分析表明MQW附近n型GaN的位错密度为10acm-2量级,其中多数为b=1/3〈112-0〉的刃位错.     

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。     

刻蚀深度对Si衬底GaN基蓝光LED性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,将其转移到新的硅基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片.本文研究了这种芯片在不同n层刻蚀深度情况下的光电特性.在切割成单个芯片之前,对尺寸为200μ×200μm的芯片分别通高达500mA的大电流在测试台上加速老化.结果表明:刻蚀深度为0.8和1.2μm的芯片相对于刻蚀深度为0.5μm的芯片,其正向电压更低且光强衰减更慢,抗静电性能随老化时间变得更稳定,刻蚀深度为0.8μm的芯片抗静电性能强于刻蚀深度为1.2μm的芯片.     

刻蚀深度对Si衬底GaN基蓝光LED性能的影响

在Si衬底上生长了GaN基LED外延材料,将其转移到新的硅基板上,制备了垂直结构蓝光LED芯片.本文研究了这种芯片在不同n层刻蚀深度情况下的光电特性.在切割成单个芯片之前,对尺寸为200μ×200μm的芯片分别通高达500mA的大电流在测试台上加速老化.结果表明:刻蚀深度为0.8和1.2μm的芯片相对于刻蚀深度为0.5μm的芯片,其正向电压更低且光强衰减更慢,抗静电性能随老化时间变得更稳定,刻蚀深度为0.8μm的芯片抗静电性能强于刻蚀深度为1.2μm的芯片.     

采用AlN缓冲层在Si(111)衬底上生长GaN的形貌

针对Si衬底上生长GaN具有的特有形貌进行了研究,分析采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)等手段,研究了使用AlN作为缓冲层的GaN的生长模式、缺陷形成机理、应力释放机制.并且发现缓冲层厚度和外延层生长温度对裂纹和表面缺陷的形成有很大的影响.     

采用AlN缓冲层在Si(111)衬底上生长GaN的形貌

针对Si衬底上生长GaN具有的特有形貌进行了研究,分析采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)等手段,研究了使用AlN作为缓冲层的GaN的生长模式、缺陷形成机理、应力释放机制.并且发现缓冲层厚度和外延层生长温度对裂纹和表面缺陷的形成有很大的影响.     

垒层Si掺杂对多量子阱InGaN绿光LED性能的影响

InGaN系绿光LED的量子阱结构具有较高的In含量,InN与GaN之间较大的晶格失配度使得绿光器件的量子限制Stark效应更显著。对内建电场的屏蔽可以有效提高载流子的辐射复合效率。论文探讨了绿光多量子阱中垒层的Si掺杂对绿光器件性能的影响。研究发现,多量子阱中垒层适度Si掺杂(3.4×1016 cm-3)可以改善多量子阱结构界面质量和In组分波动,在外加正向电流的作用下更大程度地屏蔽极化电场;同时,还能够增强电流的横向扩展性,提高活化区的有效发光面积。然而,多量子阱中垒层的过度Si掺杂对于绿光LED器件的性能带来诸多的负面影响,比如加剧阱垒晶格失配、漏电途径明显增加等,致使器件光效大幅度降低。     

利用平片蓝宝石衬底制备高功率垂直结构LED

在平片蓝宝石衬底上,通过引入AlN缓冲层,优化成核层与粗糙层的生长条件,生长出了表面平整的GaN薄膜,晶体质量得到显著提升。通过引入AlN缓冲层,将X射线衍射(XRD)下样品(002)面的半高宽(FWHM)由232″降低至148″;通过减薄成核层厚度、提升粗糙层生长压力,将样品(102)面和(100)面的FWHM分别由243″和283″降低至169″和221″。研究了不同成核层和粗糙层的生长参数对GaN薄膜表面形貌的影响,随着(102)面和(100)面FWHM的降低,表面平整度亦得到改善,粗糙度由约3.8 nm下降到约1.6 nm。利用优化后的底层条件生长了高质量GaN薄膜,在3.5 A/mm^2电流密度下,与参考样品相比,制备出的LED样品的光输出功率由863 mW提升至942 mW,提升了约9%。     

Growth and Characterizations of GaN-Based LEDs Grown on Wet-Etched Stripe-Patterned Sapphire Substrates

The material and electrical properties of GaN-based light-emitting diodes (LEDs) grown on wet-etched stripe-patterned substrates were investigated. Footprint-like patterns, located directly above the inclined groove sidewalls, were found on the as-grown LED surface. Cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) showed that ‘tumor’-like structures with poor crystal quality were initiated on the inclined sidewalls, seeding dislocation bundles in the subsequently grown crystal. The high dislocation density slowed down the growth above the inclined sidewall, resulting in the uneven morphology. The fabricated devices showed over 30% enhancement in light output power as a result of improvements in both internal and extraction efficiencies.     

无掩模硅图形衬底上3C-SiC的异质外延生长

采用低压化学气相沉积方法在无掩模的硅图形衬底上异质外延生长3C-SiC.硅图形衬底采用光刻和ICP刻蚀得到.图形由平行长条状沟槽和台面组成,其中沟槽宽度为1～10μm不同间隔,沟槽之间距离为1～10μm不同间隔.对于在不同的沟槽和台面尺寸区域3C-SiC的生长进行了详细研究.采用扫描电镜分别观察了不同区域的生长形貌,分析了图形衬底结构上SiC的生长行为.其中合并生长形成的空气隙结构可以释放由Si和SiC晶格失配引起的应力,从而可以用来解决SiC生长中的晶片翘曲问题,进行厚膜生长.XRD结果表明此无掩模硅图形衬底上得到3C-SiC(111)取向生长.     

无掩模硅图形衬底上3C-SiC的异质外延生长

采用低压化学气相沉积方法在无掩模的硅图形衬底上异质外延生长3C-SiC.硅图形衬底采用光刻和ICP刻蚀得到.图形由平行长条状沟槽和台面组成,其中沟槽宽度为1～10μm不同间隔,沟槽之间距离为1～10μm不同间隔.对于在不同的沟槽和台面尺寸区域3C-SiC的生长进行了详细研究.采用扫描电镜分别观察了不同区域的生长形貌,分析了图形衬底结构上SiC的生长行为.其中合并生长形成的空气隙结构可以释放由Si和SiC晶格失配引起的应力,从而可以用来解决SiC生长中的晶片翘曲问题,进行厚膜生长.XRD结果表明此无掩模硅图形衬底上得到3C-SiC(111)取向生长.     

氧化物缓冲层制备Si(111)基GaN纳米线

采用氧化物缓冲层,通过射频磁控溅射系统依次在n型Si(111)衬底上沉积Ga2O3/ZnO(Ga2O3/MgO)薄膜,然后将薄膜于950℃氨化合成GaN纳米结构,氨化时间为15min。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收谱(FTIR)和高分辨透射电镜(HRTEM)对样品的结构进行了分析,结果显示两种缓冲层下制备的样品均为六方纤锌矿单晶GaN纳米结构,且缓冲层的取向对纳米线的生长方向有很大影响;采用扫描电镜(SEM)对样品的形貌进行了测试,发现纳米线表面光滑,长度可达几十微米,表明采用氧化物缓冲层制备了高质量的GaN线。同时对GaN纳米线的生长机理进行了简单讨论。     

GaN外延用蓝宝石衬底的图形化研究进展

因蓝宝石具有良好的稳定性能,且其生产技术成熟,是目前异质外延GaN应用最广泛的衬底材料之一.采用图形化蓝宝石衬底技术可以降低GaN外延层材料的位错密度,提高LED的内量子效率,同时提高LED出光效率提高,近年来引起了国内外的广泛关注.概述了图形化蓝宝石衬底的研究进展,包括图形化蓝宝石衬底的制备工艺、图形尺寸、图形形状及图形化蓝宝石衬底的作用机理;详细介绍了凹槽状、圆孔状、圆锥形、梯形和半球状5种图形形状,并分析了GaN材料在不同图形形状的图形化蓝宝石衬底上的生长机理及不同图形形状对GaN基LED器件性能的影响.对图形化蓝宝石衬底技术的研究方向进行了展望,提出了亟待研究和解决的问题.     

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.     

蓝宝石图形衬底上GaN低温缓冲层的研究

低温下,在蓝宝石图形衬底上使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长低温GaN(LT-GaN)缓冲层,并对其表面形貌进行了细致的观察,发现了不同于已报道的GaN选择性成核生长现象。基于不同厚度的低温GaN缓冲层生长了n型GaN(n-GaN),发现过厚或者过薄的缓冲层都会对n-GaN晶体质量产生负面影响,并结合初始成核阶段进行了原因分析。制备了基于不同厚度的n-GaN的发光二极管(LED)样品,分析了GaN晶体质量对LED输出功率的影响。同时发现,晶体质量较差的时候,光提取效率可能主导着对LED器件性能的影响。     

5 W Si衬底GaN基HEMT研究

介绍了Si衬底上外延生长GaN基HEMT的制备及其直流特性与微波特性的研究结果:栅宽200 μm器件Vgs=0 V时饱和电流密度达0.975 A/mm,最大跨导240 mS/mm,夹断电压-4.5 V,栅漏击穿电压80 V;栅宽1 mm器件,在频率2 GHz下,工作电压Vds=25 V时,连续波输出功率为5.0 W,功率增益为9 dB,功率附加效率为35%.     

六棱锥衬底旋转角影响LED效率的模拟探究

以正六棱锥型图形化蓝宝石衬底GaN基LED为研究对象,设计并探讨了正六棱锥图案在排布过程中旋转角的变化对LED出光效率的影响,得出各面光通量随旋转角变化的规律:在0°～30°范围,随着旋转角的增大,总光通量与顶部光通量有下降趋势,底部光通量有增长趋势。当六棱锥旋转角在0°～6°范围内时,LED芯片的总光通量和顶部光通量均有最优值。综合考虑,旋转角为0°～6°的六棱锥型图形衬底对正装LED的出光效率有最佳的优化效果。