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。     

LED蓝宝石图形化衬底的研究进展及发展趋势

图形化蓝宝石衬底作为GaN基LED照明外延衬底材料,由于其能降低GaN外延薄膜的线位错密度和提高LED的光萃取效率的显著性能在近几年来引起国内外许多科研机构和厂商的广泛兴趣。从衬底的制备工艺、图形尺寸角度出发,综述了图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展,并对其未来在大功率照明市场的应用进行了展望。     

用于GaN生长的蓝宝石衬底化学抛光研究

蓝宝石是生长GaN材料最常用的衬底，本文研究了H2SO4和H3PO4的混合酸液的温度、混合酸的比例以及腐蚀时间对蓝宝石腐蚀速率的影响．发现在H2SO4：H3PO4=3：1的溶液中的腐蚀速率是由表面化学反应速率所控制．利用X射线双晶衍射对除去蓝宝石表面的机械损伤层情况进行了测量．     

GaN基紫外探测器

随着GaN基紫外材料的日益成熟,GaN基紫外探测器发展迅速,被认为是和发光二极管、激光器同样重要的器件。本文讨论了紫外探测的意义,介绍了国内外近期研制的各种器件结构的GaN基紫外探测器和紫外焦平面。     

图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展

蓝宝石衬底作为发光二极管最常用的衬底,经过不断发展,在克服其与GaN间晶格失配和热膨胀失配问题上,研究人员不断提出解决方案。近期发展起来的图形化衬底技术,除了能减少生长在蓝宝石衬底上GaN之间的差排缺陷,提高磊晶质量以解决失配问题,更能提高LED的出光效率。从衬底图形的形状、尺寸、制备工艺出发,回顾了图形化蓝宝石衬底GaN基LED的研究进展,详细介绍了近年来关于图形化衬底技术与其他技术在提高LED性能方面的结合,总结了图形化蓝宝石衬底应用于大尺寸芯片的优势,并对其未来在大功率照明市场的应用进行了展望。     

生长在图形化蓝宝石衬底上的GaN薄膜光学性质研究

图形化蓝宝石衬底（PSS）技术作为提高LED发光效率的方法之一,一直备受关注。研究了PSS上生长的GaN薄膜的表面形貌、吸收光谱、红外光谱、拉曼散射（Raman）和太赫兹光谱等,并与常规蓝宝石衬底上的GaN外延薄膜进行对比。结果表明,PSS上生长的GaN外延薄膜的表面形貌、光提取效率（LEE）得到明显改善。此研究成果对进一步提高GaN基短波（蓝/紫光）发光二极管（LED）的发光效率具有一定的借鉴意义,为进一步拓展PSS器件的太赫兹响应提供了依据。     

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.     

图形化蓝宝石衬底表面原位处理对GaN外延薄膜的影响

采用预铺Ga或NH_3氮化等方式原位处理图形化蓝宝石衬底(PSS)表面,然后外延生长了GaN薄膜,研究了PSS表面预处理对GaN薄膜表面形貌、晶体质量以及残余应力的影响。结果显示,PSS经过预铺Ga后生长的GaN薄膜具有平滑的表面和清晰平直的原子台阶,且位错密度最低;氮化后生长的GaN薄膜原子台阶较宽,螺型位错密度较低;衬底未经表面处理生长的GaN薄膜,原子台阶模糊,位错密度最高;同时,与氮化或未经预处理的方法相比,经过预铺Ga的方式预处理PSS表面后生长的GaN薄膜残余应力最小。分析认为,预铺Ga、氮化等方式处理衬底表面,改变了PSS微结构,有利于生长表面平滑、晶体质量高、残余应力小的GaN薄膜。     

图形化蓝宝石衬底工艺研究进展

图形化蓝宝石衬底(PSS)技术是一种提高LED亮度的新技术。结合光刻和刻蚀工艺制作图形化蓝宝石衬底。有关图形化蓝宝石衬底的研究主要集中在对光刻和刻蚀工艺的研究,以及图形化蓝宝石衬底提高LED亮度的机理。目前微米级图形化蓝宝石衬底已经得到普遍的应用,与基于平坦蓝宝石衬底的LED相比,PSS-LED的发光功率提高了30%左右。图形化蓝宝石衬底技术的发展经历了从早期的条纹状图形到目前应用较广的半球形和锥形图形,从湿法刻蚀到干法刻蚀,从微米级到纳米级图形的演变。由于能够显著提高LED亮度,纳米级图形化蓝宝石必将得到广泛的运用。     

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。     

GaN-Based MSM Photodetectors Prepared on Patterned Sapphire Substrates

GaN-based metal–semiconductor–metal ultraviolet photodetectors (PDs) prepared on a patterned sapphire substrate (PSS) and a conventional flat sapphire substrate were both fabricated and characterized. It was found that we can reduce dark leakage current and enhance by about two orders of magnitude by using a PSS. The internal gain of the PDs prepared on a PSS was also much smaller.      

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。     

高阻GaN基MSM结构紫外探测器的光电流特性

用非特意掺杂的高阻GaN薄膜研制了MSM结构紫外探测器。研究发现在5V偏压,365nm光激发条件下,光电流衰减出现振荡现象;响应时间为毫秒量级。未经退火处理,MSM结构的暗态伏安特性呈线性关系,器件的暗电阻出现低阻现象。     

Electrical Characteristics of GaN-Based Light-Emitting Diodes on Patterned Sapphire Substrates

Patterned sapphire substrate light-emitting diodes display obvious negative capacitance (NC) at large forward biases. This is measured using a method based on a small signal alternating current together with direct I–V plots. The NC in patterned sapphire substrate LEDs grows exponentially with the forward applied voltage. This observation is unexpected and in contrast with Shockley’s p–n junction theory, which only includes an increasing diffusion capacitance and not a NC. However, this result is in good agreement with conventional sapphire substrate LEDs. Furthermore, the negative terminal capacitance confirmed the prediction of Laux and Hess’ theory. The ideal factor of a patterned sapphire substrate LED is about 5, greatly exceeding the traditional theoretical value. The capacitance increased to a maximum and then gradually decreased, which was similar to the results for a p–n junction. Patterned sapphire substrate LEDs can withstand higher voltages than conventional sapphire substrate LEDs. This work could further confirm the existence of NC.     

Hydride Vapor-Phase Epitaxy of c-Plane AlGaN Layers on Patterned Sapphire Substrates

Growth of Al _x Ga_1?x N layers by hydride vapor-phase epitaxy on patterned sapphire substrates is investigated. The pattern consists of honeycombs which by their orientation and size promote the formation of coalesced c-plane-oriented Al _x Ga_1?x N layers with reduced crack density. The orientation of parasitic crystallites in the honeycomb openings is investigated using scanning electron microscopy and electron back-scatter diffraction. Crystallites with their [ $ \bar{1} $ $ \bar{1} $ .0] and [52.3] directions parallel to the vertical growth direction of the Al_0.3Ga_0.7N layer are observed and successfully overgrown by a 20-μm-thick fully coalesced c-plane-oriented layer.     

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。     

蓝宝石衬底上水平生长ZnO纳米线及紫外敏感性能研究

在无催化剂条件下,采用化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石(110)衬底上制备了ZnO纳米线.X射线衍射(XRD)图谱上只有ZnO的(100)衍射峰和(110)衍射峰.扫描电子显微镜分析表明,ZnO纳米线在蓝宝石衬底上水平生长.在样品上蒸镀了金叉指电极,以256nm的紫外光作为光源,测试了样品的紫外光敏感性能,研究表明水平生长的ZnO纳米线对紫外光具有较快的响应,在5V偏压下,光电流与暗电流比为30;当波长为354nm时光响应度达到最大值为0.56A/W.