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 材料与光电研究中心, 北京 100049
AlGaN基深紫外LED由于具有高调制带宽和小芯片尺寸, 在紫外光通信领域受到越来越多的关注。本研究通过改变生长AlGaN量子垒层的Al源流量, 生长了三种具有不同量子垒高度的深紫外LED, 研究了量子垒高度对深紫外LED光电特性和调制特性的影响。研究发现, 随着量子垒高度的增加, 深紫外LED的光功率出现先增加后减小的趋势, 量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的光功率相比50%和60%的深紫外LED提升了近一倍。载流子寿命则出现先减小后增大的趋势, 且发光峰峰值波长逐渐蓝移。APSYS模拟表明, 随着量子垒高度增加, 量子垒对载流子的束缚能力增强, 电子空穴波函数空间重叠增加, 载流子浓度和辐射复合速率增加; 但进一步增加量子垒高度又会由于电子泄露, 空穴浓度降低, 从而辐射复合速率降低。量子垒中Al组分为55%的深紫外LED的-3 dB带宽达到94.4 MHz, 高于量子垒Al组分为50%和60%的深紫外LED。
紫外光通信 深紫外发光二极管 多量子阱层 调制带宽 发光功率 ultraviolet communication deep ultraviolet light-emitting diodes multiple-quantum-well layer modulation bandwidth optical power
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 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 
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Micro-Nano Photoelectron and Electromagnetic Technology Innovation, School of Electronics and Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
2 Key Laboratory of Electronic Materials and Devices of Tianjin, Tianjin 300401, China
3 State Key Laboratory of Solid-State Lighting, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
The tilted energy band in the multiple quantum wells (MQWs) arising from the polarization effect causes the quantum confined Stark effect (QCSE) for [0001] oriented III-nitride-based near ultraviolet light-emitting diodes (NUV LEDs). Here, we prove that the polarization effect in the MQWs for NUV LEDs can be self-screened once the polarization-induced bulk charges are employed by using the alloy-gradient InxGa1-xN quantum barriers. The numerical calculations demonstrate that the electric field in the quantum wells becomes weak and thereby flattens the energy band in the quantum wells, which accordingly increases the spatial overlap for the electron-hole wave functions. The polarization self-screening effect is further proven by observing the blueshift for the peak emission wavelength in the calculated and the measured emission spectra. Our results also indicate that for NUV LEDs with a small conduction band offset between the quantum well and the quantum barrier, the electron injection efficiency for the proposed structure becomes low. Therefore, we suggest doping the proposed quantum barrier structures with Mg dopants.
230.3670 Light-emitting diodes 230.5590 Quantum-well, -wire and -dot devices Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 122301
1 河北工业大学 电子信息工程学院, 天津 300401
2 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心, 北京 100083
利用热氧化法将电化学腐蚀制备的多孔GaN薄膜氧化成三维孔隙状β-Ga2O3薄膜, 分析了多孔GaN薄膜与传统GaN薄膜在氧化机理上的区别, 并通过材料表征证明了多孔GaN薄膜能够实现更快的氧化速率。随后将氧化生成的β-Ga2O3薄膜制备成MSM型β-Ga2O3基日盲紫外探测器, 在260nm光照及10V偏压下, 器件的响应度为16.9A/W, 外量子效率为8×103%, 探测率D*达到了2.03×1014Jones, 能够满足弱光信号的探测需求。此外, 器件的瞬态响应具有非常好的稳定性, 相应的上升时间为0.75s/4.56s, 下降时间为0.37s/3.48s。
热氧化 电化学腐蚀 深紫外探测器 thermal oxidization electrochemical etching β-Ga2O3 β-Ga2O3 solar-blind photodetector GaN GaN
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Micro-Nano Photoelectron and Electromagnetic Technology Innovation, School of Electronics and Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
2 Key Laboratory of Electronic Materials and Devices of Tianjin, Tianjin 300401, China
3 Semiconductor Lighting Technology Research and Development Center, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
A versatile nanosphere composite lithography (NSCL) combining both the advantages of multiple-exposure nanosphere lens lithography (MENSLL) and nanosphere template lithography (NSTL) is demonstrated. By well controlling the development, washing and the drying processes, the nanosphere monolayer can be well retained on the substrate after developing and washing. Thus the NSTL can be performed based on MENSLL to fabricate nanoring, nanocrescent and hierarchical multiple structures. The pattern size and the shape can be systemically tuned by shrinking nanospheres by using dry etching and adjusting the tilted angle. It is a natural nanopattern alignment process and possesses a great potential in the scope of nano-science due to its low cost, simplicity, and versatility for variuos nano-fabrications.
220.4241 Nanostructure fabrication 110.4235 Nanolithography Chinese Optics Letters
2017, 15(6): 062201
吴清清 1,2,3,*闫建昌 1,2,3张亮 1,2,3陈翔 1,2,3[ ... ]李晋闽 1,2,3
1 中国科学院半导体研究所 照明研发中心, 北京 10083
2 中国科学院大学, 北京 10049
3 北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心, 北京 10083
利用单层六方BN材料(hexagonal BN:hBN)作为成核层, 用金属有机物化学气相沉积法生长AlN薄膜, 得到应力小裂纹少的外延材料。实验中, 对hBN材料进行人为表面化学修饰, 以增加hBN的缺陷和后续AlN生长的成核中心。对比分析了有无hBN成核层时生长的AlN薄膜质量, 证实了hBN有助于减少AlN外延层中的裂纹, 空气孔隙及应力。研究了V/III生长参数对AlN薄膜表面形貌、晶体质量和应力的影响, 得到合适的生长窗口, 获得完全无应力的氮化铝外延层, 且其位错密度与蓝宝石上生长的氮化铝相当.
AlN薄膜 六方氮化硼 缺陷 应力 AlN films Hexagonal BN MOCVD MOCVD Defect Stress 光子学报
2017, 46(11): 1116001
