李晋闽 1,2,3,*刘志强 1,2,3魏同波 1,2,3闫建昌 1,2,3[ ... ]王军喜 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所照明研发中心, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心, 北京 100083
半导体照明是21世纪初兴起的产业,也是我国第三代半导体材料成功产业化的第一个突破口,技术发展日新月异,是国际高科技领域竞争的焦点之一。目前,我国半导体照明产业已经形成了完整的产业链,功率白光LED、硅基LED和全光谱LED等核心技术同步国际,紫外LED、可见光通讯、农业光照和光医疗等创新应用走在世界前列。介绍了我国在半导体照明方面的研究进展,回顾了相关产业的发展情况,并对未来进行了展望。
材料 半导体照明 发光二极管 氮化物 深紫外LED
1 中国科学院 半导体研究所 半导体照明研发中心， 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院， 北京 100049
传统的直接镀铜(DPC)陶瓷基板的焊盘上镀有Ni/Au金属覆盖层，它会强烈吸收紫外(UV)光。为了提高深紫外发光二极管(DUV LED)的光提取效率(LEE)，设计并制备了镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板。这种基板拥有一层完全覆盖基板焊盘的Ni/Au镀层为LED提供电互连，以及一层部分覆盖Ni/Au镀层的高反射Al镀层为UV光提供优异的反射。测量了分别由镀Al的DPC陶瓷基板和仅有一层Ni/Au镀层的传统DPC陶瓷基板所封装的DUV LED的光学、电学和热学性质，并建立了LED封装体的模型并进行了分析。结果表明，通过使用镀Al的DPC陶瓷基板，DUV LED的光输出功率(LOP)提高了19.2％，功率效率(WPE)和外量子效率(EQE)则分别提高为传统封装的1.20和1.19倍。此外，经过160 h的老化测试，使用镀Al的DPC陶瓷基板封装的LED表现出了更好的可靠性。这种镀Al的双层金属镀层DPC陶瓷基板为通过封装改善DUV LED的LEE提供了可行的方法。
DUV LED封装 DPC陶瓷基板 光学特性 热阻 DUV LED packaging DPC ceramic substrate optical property thermal resistance
陈琪 1,2,3尹越 1,2,3任芳 1,2,3梁萌 1,2,3[ ... ]刘志强 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所 照明研发中心, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心, 北京 100083
Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系带隙涵盖范围广、载流子迁移率高, 非常适宜用来制备发光二极管、激光器、高电子迁移率晶体管等光电子器件。在异质衬底上进行Ⅲ-Ⅴ化合物的共价外延时, 只有外延层与衬底层间的晶格失配度较小时才能获得高质量外延层, 而范德华外延已被证实可以有效放宽外延层与衬底层间晶格失配与热失配要求, 有利于外延层的应力释放与质量提高, 同时也易于外延层从衬底上剥离转移, 为制备Ⅲ-Ⅴ化合物基新型光电子器件提供了便利。本文对二维(2D)材料、Ⅲ-Ⅴ化合物在石墨烯上的范德华外延过程以及使用范德华外延制备的Ⅲ-N基光电子器件的各项研究进行了讨论分析, 并对其前景进行了展望。
石墨烯 范德华外延 Ⅲ-Ⅴ化合物 graphene van der Waals epitaxy Ⅲ-Ⅴ compound 赵勇兵 1,2,3,4,*张韵 1,2,3程哲 1,2,3黄宇亮 1,2,3,4[ ... ]李晋闽 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心, 北京100083
2 半导体照明联合创新国家重点实验室, 北京100083
3 北京市第三代半导体材料及应用技术工程中心, 北京100083
4 中国科学院大学, 北京100049
介绍了一种具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管。采用原子层淀积(ALD)方法实现Al2O3栅介质的沉积。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅长(Lg)为2 μm, 栅宽(Wg)为0.9 mm(0.45 mm×2), 栅极和源极(Lgs)之间的距离为5 μm, 栅极和漏极(Lgd)之间的距离为10 μm。在栅压为－20 V时, 槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电仅为0.65 nA。在栅压为+12 V时, 槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电为225 nA。器件的栅压摆幅为－20～+12 V。在栅压Vgs=+10 V时, 槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT电流和饱和电流密度分别达到了98 mA和108 mA/mm (Wg=0.9 mm), 特征导通电阻为4 mΩ·cm2。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的阈值电压为+4.6 V, 开启与关断电流比达到了5×108。当Vds=7 V时, 器件的峰值跨导为42 mS/mm (Wg=0.9 mm, Vgs=+10 V)。在Vgs=0 V时, 栅漏间距为10 μm的槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为450 V, 关断泄露电流为0.025 mA/mm。
高阈值电压 大栅压摆幅 常关型 特征导通电阻 AlGaN/GaN AlGaN/GaN HEMT with Large Gate Swing 赵勇兵 1,2,3,*张韵 1,2,3,4程哲 1,2,3黄宇亮 1,2,3,4[ ... ]李晋闽 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心, 北京 100083
2 半导体照明联合创新国家重点实验室, 北京 100083
3 北京市第三代半导体材料及应用技术工程中心, 北京 100083
4 中国科学院大学, 北京 100049
采用原子层淀积(ALD)方法,制备了Al2O3 为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT)。在栅压为-20 V时,MOS-HEMT的栅漏电比Schottky-gate HEMT的栅漏电低4个数量级以上。在栅压为+2 V时,Schottky-gate HEMT的栅漏电为191 μA;在栅压为+20 V时,MOS-HEMT的栅漏电仅为23.6 nA,比同样尺寸的Schottky-gate HEMT的栅漏电低将近7个数量级。AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅压摆幅达到了±20 V。在栅压Vgs=0 V时, MOS-HEMT的饱和电流密度达到了646 mA/mm,相比Schottky-gate HEMT的饱和电流密度（277 mA/mm）提高了133%。栅漏间距为10 μm的AlGaN/GaN MOS-HEMT 器件在栅压为+3 V时的最大饱和输出电流达到680 mA/mm,特征导通电阻为1.47 mΩ·cm2。Schottky-gate HEMT的开启与关断电流比仅为105,MOS-HEMT的开启与关断电流比超过了109,超出了Schottky-gate HEMT器件4个数量级,原因是栅漏电的降低提高了MOS-HEMT的开启与关断电流比。在Vgs=-14 V时,栅漏间距为10 μm的AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为640 V,关断泄露电流为27 μA/mm。
三氧化二铝 高击穿电压 金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管 AlGaN/GaN AlGaN/GaN Al2O3 high breakdown voltage MOS-HEMT
