紫外LED研究进展

 氮化物紫外LED的发光波长覆盖210~400 nm的紫外波段,可广泛应用于工业、环境、医疗和生化探测等领域。近年来紫外LED的技术水平发展迅速,器件性能不断提升。由于高Al组分AlGaN材料的固有特性,目前深紫外LED的外量子效率和功率效率仍有大量提升空间。综述了近年来AlGaN基紫外LED的研究进展,阐述了限制其性能的AlGaN外延质量、高Al组分AlGaN材料的掺杂效率、紫外LED量子结构、紫外LED光提取效率及可靠性等核心难题以及取得的重要研究进展。预计到2025年,深紫外LED的量产单芯片光输出功率可突破瓦级,功率效率有望提升至20%以上,寿命达到万小时级别。     

氮化物深紫外LED研究新进展

基于三族氮化物(III-nitride)材料的紫外发光二极管(UV LED)在杀菌消毒、聚合物固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景,近年来受到越来越多的关注和重视.在过去的十多年里,氮化物UV LED取得了长足的进步,发光波长400–210 nm之间的氮化物UV LED先后被研发出来,短于360 nm的深紫外LED(DUV LED)的外量子效率(EQE)最好结果已超过10%,很大程度上得益于核心Al Ga N材料制备技术的进展.通过提高Al Ga N外延材料及量子结构中的Al组分,可以实现更短波长的UV LED,但是源于Al(Ga)N材料的特性,随着Al组分的提高,高质量材料外延和实现有效掺杂面临越来越高的挑战.本文首先从材料外延和掺杂研究的角度出发,分别从UV LED的量子结构与效率、关键芯片工艺、光提取、可靠性与热管理等方面,详细阐述探讨了发光波长短于360 nm的DUV LED研究中面临的核心难点及近年来的一系列重要研究进展.     

高阻硅片对紫外LED散热性能的影响研究

紫外LED因光谱单一、体积小、冷光源、无热辐射等特点逐渐取代传统汞灯,并广泛应用于油墨固化、医学光疗、消毒杀菌等领域,而功率型紫外LED器件散热问题是制约其性能提高和应用的瓶颈。基于陶瓷大功率LED封装平台制备了引入高阻硅片功率型紫外LED器件,研究发现引入高阻硅片的紫外LED的器件具有较高的光功率,但其热阻及结温均高于无硅片紫外LED,这归因于加入高阻硅片结构增加了芯片散热的传导路径。该工作对实际工业封装技术路线具有指导意义。     

不同结构参数氮化镓基发光二极管芯片出光的蒙特卡罗方法模拟

发光二极管(LED)具有诸多优点,被人们看作是下一代照明器件.为了提高LED的光提取效率,使用蒙特卡罗方法,通过计算机编程,模拟了正装GaN基发光二极管芯片出光,分析考察了影响光提取效率的因素.结果表明,光提取效率随着封装材料折射率的增大而明显提高的现象仅发生在低于透明导电薄膜折射率的区间,过度提高封装材料的折射率对提高光提取效率并非有利;随着蓝宝石衬底厚度的增加,光提取效率曲线迅速上升并趋于平缓;此外,低吸收系数的透明导电薄膜、高反射率的反射镜亦可以显著提高LED光提取效率.     

深紫外发光二极管研究进展及其在杀菌消毒中的应用

新型冠状病毒肺炎疫情引起了人们对消毒产品的重视.深紫外光照射是广泛应用的杀菌消毒手段.深紫外发光二极管(light-emitting diode,LED)是新一代的深紫外光源,其具有寿命长、多波长可选、不含汞、更环保、出光指向性强等诸多优点,正逐步进入市场.本文首先介绍深紫外LED的材料、外延结构和器件的特点及量子效率低等瓶颈问题;其次,简述深紫外杀毒的原理及高能量光子与细菌和病毒的遗传物质相互作用的机制,介绍深紫外光照下病原体动力学的过程模型;最后,讨论了深紫外LED作为消毒光源存在的问题和提升方向,并展望未来的研究重点和产业应用前景.     

量子点发光二极管研究获进展

<正>日前,在国家自然科学基金重点项目等的支持下,浙江大学化学系彭笑刚课题组与材料系金一政课题组合作在量子点发光二极管研究领域取得了重要进展。相关研究成果发表在《自然》上。该文报道了一种以量子点为电致发光材料的新型LED器件。其性能远远超过了目前相关文献报道的其他量子点LED,并且该新型器件可以通过简单的溶液加工路线制备而得。LED作为下一代照明与显示的核心器件已被业界认可。Ga N外延生长量子阱的LED器件则     

高Al组分AlGaN基紫外LED结构材料

采用金属有机物气相外延(MOVPE)技术在c面蓝宝石衬底上,引入脉冲原子层外延技术,制备了一系列表面平整度较高的高Al组分AlGaN基异质结构外延片.并采用电子束金属蒸镀技术及优化热退火方法,获得了良好的欧姆接触电极,进一步将外延片制备成LED管芯.通过对量子结构有源层量子阱混晶组分的设计和调整,掌握并实现了主波长260～330 nm紫外LED结构材料的制备.     

LED强化出光技术研究进展

发光二极管LED(Light Emitting diode)具有节能、环保、寿命长三大优势,被誉为第4代照明光源,但其发光效率,有待进一步提高,导致发光效率损失的主要原因是光提取效率较低,由于半导体材料的折射率较高袁大部分辐射光线在芯片内部产生全反射,最终被吸收转化成热量。为了提升LED的光提取效率袁目前采用的主要方法包括在芯片各表面加工强化出光微结构、改变芯片形状以及改善封装结构与材料3个方面。文章详细分析了各种强化出光方法的原理尧研究方法及其研究成果,并展望了未来的发展趋势援。     

硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管

经过近十年的探索,作者在国际上率先突破了硅衬底高光效Ga N基蓝光LED材料生长技术及其薄膜型芯片制造技术,制备了内量子效率和取光效率均高达80%的单面出光垂直结构Ga N基蓝光LED,并实现了产业化和商品化,成功地应用于路灯、球炮灯、矿灯、筒灯、手电和显示显像等领域.本文就相关关键技术进行全面系统地介绍.发明了选区生长、无掩模微侧向外延等技术,仅用100 nm厚的单一高温Al N作缓冲层,制备了无裂纹、厚度大于3μm的器件级Ga N基LED薄膜材料,位错密度为5×108 cm-2.发明了自成体系的适合硅衬底Ga N基薄膜型LED芯片制造的工艺技术,包括高反射率低接触电阻p型欧姆接触电极、高稳定性低接触电阻n型欧姆接触电极、表面粗化、互补电极、Ga N薄膜应力释放等技术,获得了高光效、高可靠性的硅基LED,蓝光LED(450 nm)在350 m A(35 A/cm2)下,光输出功率达657 m W,外量子效率为68.1%.     

出光窗口对高密度LED性能影响的研究

针对LED高密度光源,探索了出光窗口对器件性能产生影响的原因.通过热学模拟与实物样品的物理性能测试,比较不同出光窗口对器件性能与可靠性的影响.结果表明：出光窗口可以增加LED芯片的散热通道,同时也会影响LED的可靠性;出光窗口会造成一部分光能量的损失,特别是拥有荧光转化功能的窗口,会因荧光转化而产生热量,且产生的热量会因为窗口基体材料的不同呈现不同的结果;荧光转换率高且热导率高的荧光材料,应用于高密度LED器件时,可有效降低荧光转换热量,且能加快荧光转换产生热量导出的速度,提高器件的发光效率与可靠性.     

高亮度InGaAlP DHLED结构设计的研究

InGaAlP双异质结LED结构设计的目的在于减少器件的光、电、热损耗 本文分析各层成分、层厚度、掺杂浓度以及有关的辅助技术 ,例如厚电流扩展层、电流隔离层、布拉格反射层、金属电镀反射层、透明衬底等对LED性能的影响 ,提出一个性能优良的高亮度LED应具有的结构模式     

GaN基二维八重准晶光子晶体制备与应用

针对半导体发光管（LED）器件普遍存在的出光效率低下的问题,首次采用聚焦离子束技术成功地在GaN基发光器件上制备了GaN二维八重准晶光子晶体（2D-8PQCs）结构。并将二维八重准晶光子晶体应用于电注入器件,当刻蚀孔径为600nm,空气填充因子为30％时,得到了表面出光效率高达2.5倍的增强。通过微区电致发光与发光图样的研究,证实二维八重准晶光子晶体结构抑制了导波模式的传播,将LED中导波模式耦合到辐射模式,从而起到改进表面出光的作用。上述结果为二维准晶光子晶体在GaN基发光器件中的应用提供了一种可能的途径。     

吡啶肼类衍生物在有机电致发光器件中的应用

有机电致发光材料的电子传输材料研究远落后于该领域的其他材料,需要开发出新型的电子传输材料,提高电子传输效率,改善器件性能.以合成的Pybispy和Pybisqu作为电子传输材料,制作了结构为玻璃基板/ITO阳极/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层/铝电极的有机电致发光器件,探讨了它们在有机电致发光器件中的性能,Pybispy和Pybisqu作为电子传输材料器件的最大发光亮度分别达到了218和5 980 cd/m2.结果显示该系列化合物具有电子传输性能,可应用于有机电致发光器件中的电子传输材料.     

LED器件热管理分析方法及其应用

发光二极管(LEDs)是三明治结构的半导体材料。LED芯片是产生光和热量的核心功能器件,但累积的热量会严重影响LED的光学性能。因此,热管理在LED的封装和应用中十分重要。综述了一些现有的热故障。为了有助于进一步理解热管理,介绍了LED封装、热阻网络系统以及传热强化技术,以及通过降低热阻来实现有效温度控制的方法。     

退火对薄膜P3HT-PCBM太阳能电池的光电性能影响

以吩聚噻(P3HT)/C60的衍生物(PCBM)为活性层的太阳能电池为研究对象,研究薄膜退火对电池光电性能的影响.结果表明,退火能够提高材料的结晶度,增加光的透射率,降低反射率.在140℃温度下退火,该器件光电转化效率最大.     

有机发光器件(OLED)界面研究进展

有机发光器件(OLED)以其轻薄、柔性、可折叠、低功耗、面光源和响应快等诸多优越性能已成为下一代全彩柔性或硬底显示、固态白光照明的材料,在商业领域具有广阔的应用前景。然而,相对于液晶显示屏与LED照明,OLED的效率较低和稳定性较差,已经成为制约OLED发展的两大技术瓶颈。大量的研究工作表明,OLED的效率的稳定性与器件中的界面结构与界面特性紧密相关,为此开展OLED界面研究,探寻改善器件性能的新途径成为研究热点。首先介绍了OLED界面研究对器件性能调控的重要作用,随后结合本课题组最新的界面研究成果,分别从阳极/有机层界面、有机层/有机层界面、阴极/有机层界面和有机层内部界面等4方面介绍了OLED界面研究的最新进展,最后提出OLED界面研究的发展趋势。     

加氨砷压法气相外延生长GaAs_(1-x)P_x:N/GaP

近年来发现,在磷化镓透明衬底上气相外延生长掺氮磷砷化镓时,由于等电子陷阱杂质氮这一发光中心的引进,使高x值的GaAs_(1-x)P_x(x>0.5)由低发光效率的间接跃迁型能带结构,转变为具有高发光效率的“类直接跃迁”型能带结构GaAS_(1-x)P_x:N(x>0.5),这种材料可用来制造橙红色和黄色发光器件.由于较短波长具有较高的视感度,其实际流明效率超过用GaAs_(0.06)P_(0.04)/GaAs制成的红色发光器件.     

PIN光电探测器用反外延片工艺研究

创新性使用反外延法工艺,介绍了适用于制备近红外波段PIN光电探测器的硅外延材料的研制工艺,在区熔单晶抛光片上进行重掺导电层和支撑层的外延层制备。通过对硅源流量与掺杂剂浓度的精确控制,实现了快速外延生长和高浓度掺杂。通过精细的后期加工工艺,将高阻区熔层加工为厚度和表面质量均满足器件要求的有源层。结果显示,采用反外延法工艺得到的反外延材料片应用到PIN光电二极管中,不仅节省器件制备中的工艺程序,而且大大提高了器件耐压性。     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

纳米压印技术制备表面二维光子晶体发光二极管

研究利用纳米压印技术在氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)表面制备二维光子晶体结构对器件出光的影响.利用聚合物(IPS)软模板二次压印技术,在样品表面形成较为完整的掩膜,通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺分别在p-GaN层与ITO层成功制备了较大面积的光子晶体结构,结构周期为465nm,孔状结构直径为245nm.制成芯片后对样品进行测试,结果表明在LED表面制备二维光子晶体结构会导致LED芯片光谱峰值位置发生偏移,同时在p-GaN层制备二维光子晶体结构能够将LED芯片的发光强度提高39%,而在ITO层所制备的光子晶体结构并未对器件的性能有显著的改善.