Advances and prospects in nitrides based light-emitting-diodes

Due to their low power consumption, long lifetime and high efficiency, nitrides based white light-emitting-diodes (LEDs) have long been considered to be a promising technology for next generation illumination. In this work, we provide a brief review of the development of GaN based LEDs. Some pioneering and significant experiment results of our group and the overview of the recent progress in this field are presented. We hope it can provide some meaningful information for the development of high efficiency GaN based LEDs and solid-state-lighting.     

AlGaN/GaN基HBTs的高频特性模拟

对n-p-n型AlGaN/GaN基HBTs的高频特性进行了模拟计算，分析了发射区、基区、集电区的一些材料参数对n-p-n型AlGaN/GaN基HBTs的高频特性的影响. 发现基区的设计对频率性能影响很大，减小基区厚度、增大空穴浓度和迁移率将有效提高HBTs的频率性能.     

高功率LED器件的热特性分析

GaN基白光LED不断向高功率、高性能和长寿命方向发展,GaN基白光LED的热性能成为在使用中的重要参数.采用瞬态热测量方式,对工作在不同的温度和驱动电流的GaN基发光二极管的热性能进行了研究.通过比较光、电特性发现LED芯片对器件热阻影响很小,但同时管芯附着层对LED器件的热特性起着非常重要的作用.此外,热电阻随着电流和环境温度的升高而增加,主要归因于管芯附着层声子或粒子的平均自由程减小.     

Effects of the p-AlInGaN/GaN superlattices’structure on the performance of blue LEDs

The advantages of the p-AIInGaN/GaN superlattices＇ （SLs） structure as an electron blocking layer （EBL） for InGaN blue light-emitting diodes （LEDs） were studied by experiment and APSYS simulation. Elec- troluminescence （EL） measurement results show that the LEDs with the p-AllnGaN/GaN SLs＇ structure EBL ex- hibited better optical performance compared with the conventional A1GaN EBL due to the enhancement of hole concentration and hole carrier transport efficiency, and the confinement of electrons＇ overflow between multiple quantum-wells （MQWs） and EBL.     

对具有 AlGaN 渐变垒的蓝光LED的研究

在此项研究中,我们对具有渐变AlGaN垒的蓝光LED进行了一系列的分析。其中,用APSYS模拟出了载流子分布、能带图、静电场分布及其光输出功率。模拟结果显示具有渐变AlGaN垒的蓝光LED相比普通结构的LED性能更好。     

第3代半导体材料在光电器件方面的发展和应用

<正>一、第3代半导体材料概述第3代半导体材料是继第1代半导体材料和第2代半导体材料之后,近20年刚刚发展起来的新型宽禁带半导体材料。第3代半导体材料以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)和氮化铝(AlN)等宽禁带化合物半导体为代表,其具有高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及高抗辐射能力等特点,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,在光电子领     

蓝宝石衬底上单晶InAlGaN外延膜的RF-MBE生长

利用射频等离子体辅助分子束外延技术在蓝宝石衬底上外延了晶体质量较好的单晶InAlGaN薄膜.在生长InAlGaN外延层时,获得了外延膜的二维生长.卢瑟福背散射测量结果表明,InAlGaN外延层中In,Al和Ga的组分分别为2%,22%和76%,并且元素的深度分布比较均匀.InAlGaN(0002)三晶X射线衍射摇摆曲线的半高宽为4.8′.通过原子力显微镜观察外延膜表面存在小山丘状的突起和一些小坑,测量得到外延膜表面的均方根粗糙度为2.2nm.利用光电导谱测量InAlGaN的带隙为3.76eV.     

蓝宝石衬底上单晶InN外延膜的RF-MBE生长

采用低温氮化铟(InN)缓冲层,利用射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE)方法在蓝宝石衬底上获得了晶体质量较好的单晶InN外延膜.用光学显微镜观察所外延的InN单晶薄膜,表面无铟滴.InN(0002)双晶X射线衍射摇摆曲线的半高宽为14′;用原子力显微镜测得的表面平均粗糙度为3.3nm;Hall测量表明InN外延膜的室温背景电子浓度为3.3×1018cm-3,相应的电子迁移率为262cm2/(V·s).     

垂直结构GaN基LED的侧壁优化技术

为了提升垂直结构LED提取效率,针对器件侧壁出光的研究越发引起研究人员的关注。由于GaN的高折射率,大部分有源区发出的光线将被限制在GaN层内横向传输。对不同刻蚀倾角侧面的光提取效率进行分析模拟,模拟结果显示,LED的提取效率可以通过侧壁倾斜角度的优化得以提升。实验结果表明,特定侧壁倾角器件的提取效率相比较垂直侧壁提高了18.75%,电致发光光谱测试(EL)结果表明,实验结论与理论计算值基本吻合。本结论对垂直结构GaN基LED器件的优化设计与性能提升有重要指导意义。     

生长条件对InGaN/GaN多量子阱表面v型缺陷的影响

我们研究了生长温度、TMIn/TEGa和Ⅴ/Ⅲ比对 InGaN/GaN多量子阱表面v型缺陷的影响。当TMIn的流量从180sccm增加到200sccm,v型缺陷的密度也从2.7210¹⁸/cm² 增加到了5.2410¹⁸ /cm², v型缺陷的深度和宽度也随着TMIn流量的增加而增加。当生长温度从748℃增加到758℃, v型缺陷的密度分别是2.0510⁸/cm², 2.7210⁸/cm² 和 4.2310⁸/cm²,V型缺陷的密度随着生长温度的增加而增加。当NH3的流量从5000sccm增加到8000sccm, v型缺陷的密度分别为 6.3410¹⁸/cm², 2.7210¹⁸/cm², 4.1310¹⁸/cm²。我们在753℃, TMIn 流量为180sccm, NH3 流量为6600sccm时,得到了晶体质量最好的InGaN/GaN 多量子阱,表面平整,v型缺陷的密度也比较少。V型缺陷的深度从10nm到30nm,宽度从100nm到200nm,为了抑制v型缺陷对GaN基LEDs反向电流(IR)和静电放电 (ESD) 的影响,我们需要生长更厚的p-GaN来填充这些v型缺陷。