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赣南师范大学学报 2024年第3期45卷 90-94页

作者：方文浚万垂铭李深海谢子敬谭礼军赣南师范大学物理与电子信息学院江西赣州341000 广东晶科电子股份有限公司广州511458 华南理工大学微电子学院广州510641

本文通过对不同量子垒结构的AlGaN深紫外LED进行数值研究,对比分析了量子垒结构与其发光性能之间的关联.结果表明,相较于传统量子垒结构的样品A,四层插入层量子垒结构的样品B和样品C,内量子效率峰值分别提升了27.04%和18.8%,光输出功率... 详细信息

本文通过对不同量子垒结构的AlGaN深紫外LED进行数值研究,对比分析了量子垒结构与其发光性能之间的关联.结果表明,相较于传统量子垒结构的样品A,四层插入层量子垒结构的样品B和样品C,内量子效率峰值分别提升了27.04%和18.8%,光输出功率在200 mA下分别提升了31.04%和21.62%.这主要是因为四层插入层量子垒结构可有效增加有源区内量子垒的能带势垒高度,提升量子阱对载流子的束缚能力.

关键词： AlGaN深紫外LED 量子垒插入层内量子效率辐射复合率

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量子垒生长速率对InGaN基绿光LED性能的影响

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发光学报 2020年第4期41卷 429-434页

作者：廖芳莫春兰王小兰郑畅达全知觉张建立江风益南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心江西南昌330096

利用MOCVD技术在图形化Si(111)衬底上生长了InGaN/GaN绿光LED外延材料。在GaN量子垒的生长过程中,保持NH3流量不变,通过调节三乙基镓(TEGa)源的流量来改变垒生长速率,研究了量子垒生长速率对LED性能的影响。使用二次离子质谱仪(SIMS)和... 详细信息

利用MOCVD技术在图形化Si(111)衬底上生长了InGaN/GaN绿光LED外延材料。在GaN量子垒的生长过程中,保持NH3流量不变,通过调节三乙基镓(TEGa)源的流量来改变垒生长速率,研究了量子垒生长速率对LED性能的影响。使用二次离子质谱仪(SIMS)和荧光显微镜(FLM)分别对量子阱的阱垒界面及晶体质量进行了表征,使用电致发光测试系统对LED光电性能进行了表征。实验结果表明,垒慢速生长,在整个测试电流密度范围内,外量子效率(EQE)明显提升。我们认为,小电流密度下,EQE的提升归结为量子阱晶体质量的改善;而大电流密度下,EQE的提升则归结为阱垒界面陡峭程度的提升。

关键词：绿光LED 量子垒生长速率外量子效率

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有源区生长工艺对Si衬底GaN基绿光LED光电性能影响的研究

有源区生长工艺对Si衬底GaN基绿光LED光电性能影响的研究

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作者：廖芳南昌大学

学位级别：硕士

GaN基LED因其发光波长可实现从红外到紫外连续可调,已被广泛应用于固态照明领域。然而,不同波长LED发光效率发展极不平衡。目前GaN基蓝光LED已达商业化标准,而黄绿光波段LED由于高铟组分及大应力等问题其发光效率仍处于较低水平,这一现... 详细信息

GaN基LED因其发光波长可实现从红外到紫外连续可调,已被广泛应用于固态照明领域。然而,不同波长LED发光效率发展极不平衡。目前GaN基蓝光LED已达商业化标准,而黄绿光波段LED由于高铟组分及大应力等问题其发光效率仍处于较低水平,这一现象被称为“黄绿鸿沟”。这成为了制约多基色白光LED照明发展的重要瓶颈。因此,有必要深入研究如何来提升黄、绿光LED的发光效率。本论文以Si衬底GaN基绿光LED为研究对象,通过改变有源区生长条件及结构,探究其对绿光LED光电性能的影响,以期进一步提升绿光LED发光性能。主要取得了以下研究成果:1.通过调节量子垒生长过程中TEGa源的流量,研究量子垒生长速率对量子阱晶体质量的影响,进而研究其对GaN基绿光LED光电性能的影响。量子垒生长速率降低时,量子阱中所形成的N空位减少,大尺寸的富In团簇得到有效缓解,从而量子阱晶体质量明显改善。同时,量子垒速率减慢使得阱垒界面更为陡峭,对载流子的限制能力提高。这使得量子垒生长速率较低的样品在整个测试电流密度范围内(0.001-75 A/cm2)均表现出更高的外量子效率。此外,量子垒生长速率降低后,LED的反向漏电流有所缓解,进一步验证了量子垒生长速率较低有利于量子阱晶体质量的改善。2.在传统的InGaN/GaN超晶格准备层的基础上,将准备层分成三段生长,并对分段处的GaN垒进行Si的重掺杂,研究了准备层掺Si对GaN基绿光LED光电性能的影响。研究发现:准备层掺Si后,LED的正向电压有所降低,并且在工作电流密度下(35 A/cm2)电光转换效率得到提高。而这种性能的改善与准备层区异质结势垒高度相关,Si的掺杂在一定程度上能够降低势垒。然而,准备层掺Si后会伴随着量子阱有源区晶体质量恶化,导致LED正反向漏电流加剧。这是因为准备层分成三段生长以及掺Si会引入较多的缺陷,进而破坏量子阱的质量。此外,在低温电致发光光谱下可以观察到准备层中掺Si的样品电子泄漏峰强度更大,说明其电子泄漏更严重。我们将此现象归因于准备层区势垒降低使得电子更容易被注入到量子阱中,而低温下电子与空穴浓度严重不匹配,从而电子更容易从量子阱泄漏到p层。3.研究了准备层厚度对Si衬底GaN基绿光LED光电性能的影响。结果表明:随着准备层的加厚,量子阱中产生的大尺寸富In团簇逐渐被消除,LED的正向漏电流得到缓解。然而,准备层更厚的样品反向漏电更严重,其归因于V型坑尺寸及密度的增大。正因为V型坑尺寸的增大,使得空穴注入效率提高,有效降低了 LED的正向电压,进而提升了 LED的发光效率。此外,由于准备层具有释放量子阱中应力的作用,使得准备层更厚的样品在小电流密度范围内电致发光光谱峰值波长蓝移量更小。

关键词：硅衬底 GaN基LED V型坑量子阱量子垒准备层光电性能

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AlGaN基深紫外半导体激光器外延结构的仿真研究

AlGaN基深紫外半导体激光器外延结构的仿真研究

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作者：王一夫郑州大学

学位级别：硕士

AlGaN基深紫外半导体激光器有着巨大的应用市场,例如化学分析,医疗诊断设备,生物试剂检测系统,高密度数据存储,水净化和材料处理等方面。AlGaN拥有相对较宽的禁带宽度,通过调节AlGaN中Al组分的含量,可以使激光器辐射出深紫外波段（＜28... 详细信息

AlGaN基深紫外半导体激光器有着巨大的应用市场,例如化学分析,医疗诊断设备,生物试剂检测系统,高密度数据存储,水净化和材料处理等方面。AlGaN拥有相对较宽的禁带宽度,通过调节AlGaN中Al组分的含量,可以使激光器辐射出深紫外波段（＜280nm）的激光。近几年来,AlGaN深紫外半导体激光器吸引了国内外研究机构和学者强烈的研究兴趣。然而,由于外延生长技术方面的限制难以获得高质量的AlGaN材料;Mg掺杂剂的高活化能所导致有限的P型掺杂效率;大量的电子泄漏和相对较低的空穴注入效率等问题严重阻碍了AlGaN基深紫外半导体激光器优越性能的实现。本论文着眼提升深紫外半导体激光器的性能,展开了优化激光器外延结构的仿真研究。本论文主要研究内容和创新点如下:1.以减少深紫外半导体激光器的电子泄漏,提升载流子辐射复合速率为出发点,提出了双锥型电子阻挡层的优化方案。通过仿真实验分别模拟了激光器采用参考型、锥型和反锥型三种不同的电子阻挡层的差异并首次提出双锥型电子阻挡层的设计。然后设计了激光器采用双锥型和参考型电子阻挡层在能带、载流子浓度、辐射复合速率和泄漏电流等方面的对比实验。基于仿真数据发现当激光器采用双锥型电子阻挡层时能形成较高的电子势高,能有效减少激光器的电子泄漏,载流子辐射复合速率提升4.9%。2.为了提升激光器有源区的载流子辐射复合速率,本文提出阶梯型量子垒的设计。仿真结果表明激光器采用阶梯型量子垒能有效提升载流子辐射复合速率和激光器的斜坡效率。然后模拟了当有源区采用阶梯型量子垒时,激光器分别采用参考型、锥型、反锥型和双锥型四种不同的电子阻挡层的性能差异。仿真实验数据表明在改善激光器载流子辐射复合速率方面,双锥型电子阻挡层仍然有最好的效果。通过数值仿真模拟了激光器基于不同量子阱数量的输出特性比较。发现当激光器有源区采用双量子阱结构时,激光器的内部增益最大,性能最佳。本文提出的深紫外半导体激光器外延结构的优化方案,对改善激光器的电子泄漏和提升载流子辐射复合速率具有重要意义。

关键词： AlGaN 深紫外半导体激光器量子垒电子阻挡层

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AlGaN基深紫外发光二级管电子阻挡层横向优化设计

AlGaN基深紫外发光二级管电子阻挡层横向优化设计

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作者：张敏华东师范大学

学位级别：硕士

AlGaN基深紫外发光二极管(DUV-LED)是一种新型固态光源。当前的研究课题大多只关注器件纵向结构而忽略横向优化对DUV-LED性能提升的重要性。本文提出电子阻挡层(EBL)横向阶梯式和渐变式优化设计并辅之以量子垒P型掺杂结构,以提升DUV-LE... 详细信息

AlGaN基深紫外发光二极管(DUV-LED)是一种新型固态光源。当前的研究课题大多只关注器件纵向结构而忽略横向优化对DUV-LED性能提升的重要性。本文提出电子阻挡层(EBL)横向阶梯式和渐变式优化设计并辅之以量子垒P型掺杂结构,以提升DUV-LED发光性能。主要工作包含以下几个部分:(1)引入横向阶梯式EBL结构,研究该结构对器件发光性能的影响。横向阶梯式降低电子阻挡层Al组分可以有效抑制有源区电子泄漏,提升有源区空穴注入;器件的光输出功率(LOP)与传统结构相比最大可提升16.7%,内量子效率以及效率衰退也明显优于传统结构。(2)在横向阶梯式EBL的基础上引入量子垒P型掺杂的组合优化结构。对靠近P型区的五层量子垒进行P型掺杂,DUV-LED的光输出功率与内量子效率都有显著的提升。量子垒掺杂浓度也会对器件发光性能造成影响,在掺杂浓度为5×10 cm时器件的发光性能最优,此时LED内部空穴浓度得到大幅提升,有源区内极化电场也随之降低。(3)提出横向渐变式降低DUV-LED电子阻挡层Al组分的新型结构。相对于横向阶梯式EBL,横向渐变式EBL可以降低量子垒导带有效势垒高度,提升有源区的电子浓度,并且量子阱区的极化效应也比横向阶梯式优化结构有更大的改善。器件的输出功率相对于传统结构和横向阶梯式优化结构分别有74.7%和50.6%的提升,其内量子效率也有极大改进,最大内量子效率提升到51.8%,效率衰退降低至22%。DUV-LED电子阻挡层的横向优化有效改善了器件内部的载流子浓度以及极化效应等,明显提升了器件光输出功率及内量子效率。本文工作为深紫外LED的设计优化提供一套新的思路。

关键词： AlGaN基深紫外LED 电子阻挡层量子垒 IQE LOP

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