MOVPE生长的GaN基蓝色与绿色LED

报道用自行研制的LP－MOVPE设备,在蓝宝石（α－Al2O3)衬底上生长出以InGaN为有源区的蓝光和绿光InGaN/AlGsN双异质结构以及InGaN/GaN量子阱结构的LED,其发射波长分别为430－450nm和520－540nm。     

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。     

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。     

图形化衬底对GaN基LED电流与发光特性的影响

在传统蓝宝石衬底(CSS)和图形化蓝宝石衬底(PSS)上分别制备了结构相同的GaN基蓝光发射二极管(LEDs),测试并比较了这两种不同衬底器件的电流与发光特性。结果表明,与CSS-LED相比,PSS-LED在-4V处的反向漏电流降低了两个数量级,峰值波长基本不随电流增大而发生显著蓝移,半高宽、输出功率与外量子效率等发光性能也获得明显改善。PSS-LED反向漏电流的减小主要归功于外延层中位错密度的降低,发光性能的改善主要是因为PSS减少了光在LED内部的全反射,提高了光的析出率;PSS-LED的外量子效率随电流下降的行为(droop)并未明显改善,表明位错可能不是引起效率droop的主要原因。     

GaN基微米LED大注入条件下发光特性研究

利用变注入强度的电致发光(EL)测试和数值模拟方法研究了微米LED大注入条件下的发光特性。EL测试结果显示,微米LED(10μm)在工作电流密度高达16kA/cm2时光功率密度输出未饱和,同时不存在明显的由于自热效应引起的发光波长红移。和300μm LED相比,相同注入水平下,10μm LED的EL峰值波长相对蓝移,表明微米LED中存在应力弛豫,10μmLED相对300μm LED应力弛豫大了约23%。APYSY模拟发现,由于应力弛豫和良好的电流扩展,微米LED中电流分布和载流子浓度更加均匀,这种均匀的分布使得微米LED具有高的发光效率,同时能够承受高的电流密度。     

溅射AlN技术对GaN基LED性能的影响

研究了在图形蓝宝石衬底(PSS)上利用磁控溅射制备AlN薄膜的相关技术,随后通过采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在相关AlN薄膜上生了长GaN基LED.通过一系列对比实验,分析了AlN薄膜的制备条件对GaN外延层晶体质量的影响,研究了AlN薄膜溅射前N2预处理功率和溅射后热处理温度对GaN基LED性能的作用机制.实验结果表明:AlN薄膜厚度的增加,导致GaN缓冲层成核密度逐渐升高和GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;N2处理功率的提升会加剧衬底表面晶格损伤,在GaN外延膜引入更多的螺位错;AlN热处理温度的升高粗化了表面并提高了GaN成核密度,使得GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;而这些GaN外延膜位错密度的变化又进一步影响到LED的光电特性.     

氧化对 GaN 基LED透明电极接触特性的影响

研究了热退火对InGaN/GaN 多量子阱LED的Ni/Au-p-GaN欧姆接触的影响.发现在空气和 N2气氛中交替地进行热退火的过程中Ni/Au接触特性显示出可逆现象. Ni/Au-p-GaN接触的串联电阻在空气中随合金化时间逐渐减小,在随后的 N2 中的热退火后会使该串联电阻增加,但在空气中再次热退火能使接触特性得到恢复.同时对Ni/Au-p-GaN 接触在空气中合金化过程中的层反转的成因进行了讨论.     

高亮度GaN基蓝色LED的研究进展

超高亮度GaN基蓝色LED的发展将会引起照明技术的一场革命，它是目前全球半导体领域研究和投资的特点。本文综合分析了GaN材料的特性及相应的材料生长和欧姆接触、刻蚀工艺等关键技术，并对GaN基蓝色LED器件的进一步改进及应用前景作了展望。     

408nm InGaN/GaN LED的材料生长及器件光学特性

通过提高InGaN量子阱结构的生长温度,降低量子阱In组分的掺入效率,提高InGaN/GaN量子阱结构生长质量,缩短LED输出波长等手段,实现了紫光LED高效率输出.采用高分辨率X射线双晶衍射、扫描隧道显微镜和光致发光谱技术研究了高温生长InGaN/GaN多量子阱的结构和光学特性.封装后的300μm×300μm LED器件在20mA的注入电流下输出功率为5.2mW,输出波长为408nm.     

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。     

Fabrication and characteristics of excellent current spreading GaN-based LED by using transparent electrode-insulator-semiconductor structure

GaN-based vertical light-emitting-diodes (V-LEDs) with an improved current injection pattern were fabricated and a novel current injection pattern of LEDs which consists of electrode-insulator-semiconductor (EIS) structure was proposed. The EIS structure was achieved by an insulator layer (20-nm Ta₂O₅) deposited between the p-GaN and the ITO layer. This kind of EIS structure works through a defect-assisted tunneling mechanism to realize current injection and obtains a uniform current distribution on the chip surface, thus greatly improving the current spreading ability of LEDs. The appearance of this novel current injection pattern of V-LEDs will subvert the impression of the conventional LEDs structure, including simplifying the chip manufacture technology and reducing the chip cost. Under a current density of 2, 5, 10, and 25 A/cm², the luminous uniformity was better than conventional structure LEDs. The standard deviation of power density distribution in light distribution was 0.028, which was much smaller than that of conventional structure LEDs and illustrated a huge advantage on the current spreading ability of EIS-LEDs.     

大功率LED伏安特性模型研究

研究了大功率LED芯片的伏安特性。基于LED 芯片的特殊性,从经典的PN结伏安特性出发,进行理论推导并通过选择不同的基函 数,构建出了大功率LED芯片的伏安特性新 模型和优化模型,模型中的系数采用最小二乘法进行确定。对大功率LED芯片的实测 伏安特性数据表明,本文构建出的优化模型比经典的PN结模型更能准确表征LED的伏安特性 ,与实测的伏安特性数据一致性更高,更具实用价值。     

GaN基LED的图形衬底优化研究

设计了方形和阶梯状两大类的图形化蓝宝石衬底(PSS), 使用Crosslight公司的工艺软件CSuprem建立了三维的方形和阶梯状两类图形衬底GaN LED器件, 然后使用APSYS软件模拟计算出它们的光电特性。并且对方形图形衬底的刻蚀深度进行了优化, 通过对模拟结果的比较得到刻蚀深度与边长的比值为0.4时, 这种方形图形衬底GaN LED的光提取效率最高, 且比平面衬底提高了20.13%。对阶梯状图形衬底的阶梯层数进行了比较, 发现随着阶梯层数的增加, 光提取效率也随着增加, 阶梯状层数为5时, 光提取效率比平面衬底提高了30.03%。并对方形PSS LED进行了实验验证。     

两种高温老化方式对功率白光LED光热参数的影响

测试和比较了大功率白光LED在高温耐电(HTCD)和高温存储(HTS)两种老化条件的光热性能变化。结果表明,在HTCD老化下,光通量衰减达到40～60%;而HTS下的衰减只有10～14%。这说明,电流应力对LED的寿命影响比较大。利用热阻瞬态响应法测试和结构函数理论分析两种高温老化条件下LED的热特性,结果表明,在HTCD老化下LED热阻的变化较HTS更为明显,并且热阻变化大多体现在导热Ag胶层。这主要是由于高温条件下电流应力引起Ag颗粒的空间分布不均,使粘结界面产生空隙导致热阻发生不同程度的改变。     

提高发光二极管出光效率的新方法

利用高分子共混物的微相分离和自组装原理,制备出具有纳米微孔的PMMA薄膜,以此为掩膜对发光二极管(LED)表面进行湿法腐蚀,得到表面微结构,并研究了腐蚀时间对表面形貌的影响.测试结果表明,当微孔直径在500 nm左右、腐蚀深度约140 nm时,所得到的表面微结构能使LED在20 mA的注入电流下光功率平均提高18%.     

Enhancement of light output power of GaN-based vertical light emitting diodes by optimizing n-GaN thickness

The light output and electrical characteristics of GaN-based vertical light emitting diodes were investigated as a function of n-GaN thickness. The forward voltage increases from 3.34 to 3.42 V at an injection current of 350 mA as the n-GaN thickness decreases from 5.0 to 2.0 μm. Even at a high injection current of 2.0 A, LEDs with 2.0 μm-thick n-GaN reveal stable forward characteristics which are comparable to those of LEDs with 5.0 μm-thick n-GaN. All the samples exhibit almost the same reverse current up to approximately −8 V. The output power increases with decreasing n-GaN layer thickness. For example, LEDs with 2.0 μm-thick n-GaN yield about 12% higher light output power as compared to LEDs with 5.0 μm-thick n-GaN. Their light output power continuously increases without saturation as the injection current increases up to 1 A. The n-GaN thickness dependence of the electrical characteristics is described and discussed.     

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.     

高效荧光材料4CzTPN-Ph对LED发光特性的影响

为增强白光发光二极管(LED)的红光成分,通过在Y AG荧光粉中掺杂质量分数分别为1、2、3、7和 11%的高效红色荧光材料4CzTPN-Ph,制备了白光LED,提高 了传统白光 LED的显色指数。分析了4CzTPN-Ph对白光LED参数的影响。结果表明,4C zTPN-Ph可以 被445nm的蓝光激发,掺杂浓度为7%时, 红光峰值最强,同时出现了光谱展宽现象;当掺杂浓度为11%时,显色指数达到87. 3%的最大值。     

采用MEMS工艺制作封装载体的LED封装技术

针对SiC衬底的白光LED技术研究和智能化半导体照明技术发展的需求,基于Si材料的功能特性和物理特性,研究了将Si作为SiC基LED封装载体的相关技术.采用MEMS的加工工艺,设计了精确尺寸的芯片安装腔体和高效率的反射层,抑制了Si本体材料对光的吸收,提高了芯片侧向光的导出效率.通过分析光窗形貌及封装胶折射率对白光LED光效的影响,给出了一个全新的SiC衬底的白光LED封装的技术路线,为LED芯片与驱动一体化封装的实现奠定了技术基础.实现了完整的加工过程和样品制备,测试表明光效大于130 lm/W,热阻小于4.6℃/W.