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。
绿光LED 量子垒 生长速率 外量子效率 green LED quantum barrier growth rate external quantum efficiency(EQE)
南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心, 江西 南昌 330096
为了探究具有双层电子阻挡层设计的GaN基黄光LED中首层电子阻挡层（EBL-1）Al组分对内量子效率的影响以及其中载流子注入的主要物理机制, 首先使用硅衬底GaN基黄光LED外延与芯片工艺, 在外延过程中通过控制三甲基铝（TMAl）流量, 分别获得EBL-1含有Al组分约20%、50%、80%的硅衬底GaN基黄光LED; 随后使用半导体仿真软件Silvaco Atlas对这3种样品的实际测试内量子效率曲线进行拟合。结果表明, EBL-1中Al组分对内量子效率的影响主要体现在两方面: 一是EBL-1的Al组分越高越有利于空穴从V形坑侧壁注入到多量子阱有源区; 二是EBL-1中过高的Al组分会降低p型GaN晶体质量, 导致空穴浓度下降; 综合表现为Al组分约50%的EBL-1在这种双层电子阻挡层的设计下最有利于提高硅衬底GaN基黄光LED的内量子效率。
黄光LED 电子阻挡层 半导体仿真 GaN GaN yellow LED electron-blocking layer technology computer aided design(TCAD)
1 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心, 江西 南昌 330047
2 武汉大学 动力与机械学院, 湖北 武汉 430072
采用实验与理论模拟相结合的方法, 研究了氮化镓基绿光发光二极管(LED)中V坑对空穴电流分布的影响。首先, 实验获得了V坑面积占比不同的3种样品; 然后, 建立数值模型, 使得理论计算的外量子效率(EQE)及电压与实验测试的变化趋势相匹配, 从而确立了所用数值模型的可信性。计算结果显示: V坑改变了空穴电流的分布, 空穴电流密度在V坑处显著增加, 在平台处明显减小。进一步的分析表明: V坑面积占比在0~10%范围内, V坑空穴电流占比与V坑面积占比之间呈近线性增长(斜率为2.06), 但V坑空穴注入在整个空穴注入的过程中仍未占主导。
V坑 氮化镓 绿光LED 空穴电流分布 V-shaped pits GaN green LED hole current distribution
刘诗涛 1,2,3,*王立 1,2,3伍菲菲 1,2,3杨祺 1,2,3[ ... ]黄海宾 1,2,3
1 南昌大学 材料科学与工程学院， 江西 南昌330031
2 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心， 江西 南昌330047
3 南昌大学 光伏研究院， 江西 南昌330031
通过测量光电流，直接观察了InGaN/GaN量子阱中载流子的泄漏程度随温度升高的变化关系。当LED温度从300 K升高到360 K时，在相同的光照强度下，LED的光电流增大，说明在温度上升之后，载流子从量子阱中逃逸的数目更多，即载流子泄漏比例增大。同时，光电流的增大在激发密度较低的时候更为明显，而且光电流随温度的增加幅度与激发光子的能量有关。用量子阱-量子点复合模型能很好地解释所观察到的实验现象。实验结果直接证明，随着温度的升高，InGaN/GaN量子阱中的载流子泄漏将显著增加，而且在低激发密度下这一效应更为明显。温度升高导致的载流子泄漏增多是InGaN多量子阱LED发光效率随温度升高而降低的重要原因。
InGaN/GaN多量子阱 发光二极管 载流子泄漏 量子效率 InGaN/GaN MQWs light-emitting diodes carrier leakage quantum efficiency
南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心,江西 南昌330047
用MOCVD技术在硅衬底上生长了GaN基蓝光LED外延材料，研究了有源层多量子阱中垒的生长温度对发光效率的影响，获得了不同电流密度下外量子效率(EQE)随垒温的变化关系。结果表明，在860~915 ℃范围内，发光效率随着垒温的上升而上升。当垒温超过915 ℃后，发光效率大幅下降。这一EL特性与X光双晶衍射和二次离子质谱所获得的阱垒界面陡峭程度有明显的对应关系，界面越陡峭则发光效率越高。垒温过高使界面变差的原因归结为阱垒界面的原子扩散。垒温偏低使界面变差的原因归结为垒对前一个量子阱界面的修复作用和为后一个量子阱提供台阶流界面的能力偏弱。外延生长时的最佳垒温范围为895~915 ℃。
硅衬底 垒温 外量子效率 LED LED Si substrate GaN GaN barrier temperature EQE
1 中国科学院半导体研究所, 北京半导体照明科技促进中心, 北京 100083
2 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心, 南昌 330047
采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究。结果显示, 当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向, 也即GaN[10-10]方向时, GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜; 当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向, 也即GaN [10-10]方向时, GaN侧向外延速度较快, 有利于合并得到平整的薄膜。同时, 研究表明, 升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长。通过优化生长工艺, 在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜。原子力显微镜测试显示, 窗口区域生长的GaN 薄膜位错密度约为1×109/cm2, 而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下。
侧向外延过生长 氮化镓 硅 ELOG GaN Si MOCVD MOCVD
1 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心, 江西 南昌 330047
2 南昌大学 材料科学与工程学院, 江西 南昌 330031
利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在具有偏角(0°~0.9°)的Si(111)衬底上生长了GaN薄膜.采用高分辨X射线衍射(HRXRD)对Si衬底的偏角进行了精确的测量,利用HRXRD、原子力显微镜(AFM)以及光致发光(PL)对外延薄膜的晶体质量、量子阱中In组分、表面形貌及光学特性进行了研究.结果表明,Si(111)衬底偏角对量子阱中的In组分、 GaN外延膜的表面形貌、晶体质量以及光学性能具有重大影响.为了获得高质量的GaN外延薄膜,衬底偏角必须控制在小于0.5°的范围内.超出该范围,GaN薄膜的晶体质量、表面形貌及光学性能都明显下降.
Si衬底 偏角 Si substrate miscut GaN GaN MOCVD MOCVD
南昌大学国家硅基LED工程技术研究中心, 江西 南昌 330047
利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2 inch (5.08 cm) Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明，随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的n-GaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。
薄膜 氮化镓 氮化铝插入层 硅衬底 黄带
中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海,200083
报道了一种适用于碲镉汞长波光伏探测器的由典型电阻电压(R-V)曲线提取器件基本特征参数的数据处理途径.拟合程序中采用的暗电流机制包括了扩散电流机制,产生复合电流机制,陷阱辅助隧穿机制以及带到带直接隧穿电流机制.本文详细地给出了该拟合计算所采用的方法和途径,分析了拟合参数的误差范围.通过对实际器件的R-V特性曲线的拟合计算,给出了实际器件的基本特征参数,验证了该数据处理途径的实用性.
碲镉汞(MCT) 光伏探测器 暗电流 参数提取
1 淮阴师范学院,物理系和低维材料化学省重点建设实验室,江苏淮安,223001
2 中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海,200083
报道了非直接接触、高分辨率的激光束诱导电流谱表征技术在检测半导体材料、器件工艺中的应用.研究结果表明:p型HgCdTe薄膜经硼离子注入后形成的n型区面积大于实际的离子注入区域;对不同注入剂量系列单元不同区域载流子扩散长度进行了提取,表明n区载流子扩散长度随硼离子注入剂量增加而减小.
离子注入 p-n结 激光束诱导电流谱(LBIC) 扩散长度
