多量子阱垒结构优化提高GaN基LED发光效率研究

为了解决由于极化效应引起的漏电流影响发光效率的问题,以k.p理论为基础建立多量子阱模型,分析研究了GaN基LED中不同的InGaN/InGaN多量子阱发光层势垒结构.基于化合物半导体器件的电学.光学和热学属性的有限元分析,设计与优化多量子阱中靠近P型AIGaN电子阻档层倒数第二层势垒,显著提高了光输出功率,减少漏电流.数值模拟分析表明,改良多量子阱势垒能够大幅提高高亮度,高功率器件结构光电特性.     

组分渐变过渡层对氮化镓基发光二极管性能的影响

针对半导体发光二极管(LED)中普遍存在的效率衰减效应严重影响大注入电流条件下LED发光性能的问题,在传统InGaN/GaN多量子阱LED基础上,设计了组分渐变过渡层结构,引入到量子垒和电子阻挡层界面。模拟计算结果表明:当引入过渡层后,量子垒和电子阻挡层界面处的电子势阱深度和空穴势垒高度减小,有益于有源区载流子浓度的提高,有效提升了量子阱内辐射复合速率,使发光效率衰减现象得到显著改善.研究结果对大功率发光二极管的结构设计和器件研发具有启发作用.     

InGaN多量子阱中载流子的传输和复合发光机制

利用金属有机化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了多量子阱结构的InGaN/GaN薄膜,并对其光致发光（PL）特性进行了研究。结果显示该样品的PL谱中有两个主要发光成分,这两个发光成分被认为是分别来自InGaN阱层中的两个分离的相：低In的InGaN母体和富In的量子点,并且它们的积分强度强烈地依赖测试温度和激发功率。这个行为被解释为GaN和InN之间较低的互溶隙导致了InGaN阱层的相分离,并且在这两个相之间存在着光生载流子的传输过程。     

GaN LED量子阱光发射模型

在分析GaN LED量子阱结构对载流子限制和俘获的基础上,考虑量子限制Stark效应和Franz-Kddysh效应,提出了一种基于InGaN有源区的载流子复合及光发射模型.模拟结果表明LED的光发射效率和波长依赖于有源区In组分变化引起的势能涨落和阱尺寸,并得到LED发光波长红移的原因为：非故意掺杂引入新的施主能级和受主能级,新能级之间以小于带隙的能量跃迁;Franz-Keldysh效应随阱厚的增加而加强;压电极化和自发极化形成的内电场在空间上将电子和空穴隔开,但电子和空穴波函数的交叠允许它们在较低的能级上辐射复合;以及带边吸收的影响.     

InxGa1-xN/GaN量子点中的激子态

近年来,三元半导体合金InGaN由于在光电器件(高亮度的蓝、绿光发光二激管、激光二极管)上的应用而备受人们的关注．由于InN和GaN之间比较大的晶格失配导致在InxGa1-xN／GaN量子阱的InxGa1-xN激活层中自发形成一些纳米量级的富In类量子点．这些富In量子点就像三维陷阱一样,     

闪锌矿InχGal-χ N/GaN量子点的光学特性

在有效质量近似下,通过变分方法研究了束缚于闪锌矿InGaN/GaN量子点中的激子态。详细研究了振子强度和发光波长随InGaN/GaN量子点结构参数和量子点内In含量的变化关系。数据结果表明:量子点结构参数和In含量对闪锌矿InGaN/GaN量子点的振子强度和发光波长有重要的影响;激子效应使量子点发光波长红移。     

闪锌矿InχGal-χ N/GaN量子点的光学特性

在有效质量近似下,通过变分方法研究了束缚于闪锌矿InGaN/GaN量子点中的激子态.详细研究了振子强度和发光波长随InGaN/GaN量子点结构参数和量子点内In含量的变化关系.数据结果表明:量子点结构参数和In含量对闪锌矿InGaN/GaN量子点的振子强度和发光波长有重要的影响;激子效应使量子点发光波长红移.     

InGaN/GaN多层球形核壳结构量子点中类氢杂质态的结合能

在有效质量近似下,采用有限差分法研究了InGaN/GaN/InGaN/GaN球形核壳量子点中类氢杂质基态和激发态的结合能,数值计算了杂质态结合能随量子点核半径、壳层厚度和阱宽的变化关系。结果表明,核半径和阱宽对杂质态结合能的影响显著,随着核半径的增加,结合能先减小后增大,而后递减且逐渐趋于单量子点的结合能;而随着阱宽的增加,基态和激发态的结合能均单调减小,最后趋于同一定值。同时发现,壳层厚度达到一定值后,结合能不再发生变化。     

纤锌矿GaN/AlN无限量子阱中激子能量

利用改进的LLP变分法计算了纤锌矿GaN/AlN无限量子阱中激子的基态能量和结合能,并对闪锌矿GaN/AlN量子阱和纤锌矿GaN/AlN量子阱中激子的基态能量和结合能进行了对比.结果表明:纤锌矿GaN/AlN无限量子阱材料中激子基态能量和结合能随着量子阱宽度增大而降低,当阱宽较小时急剧下降,阱宽较大时缓慢下降,最后趋近GaN体材料的三维值;考虑极化子效应时激子的基态能量和结合能明显低于裸激子的基态能量和结合能,电子-声子相互作用对激子能量的贡献较大;纤锌矿GaN/AlN量子阱中激子基态能量小于闪锌矿GaN/AlN量子阱中激子的基态能量,纤锌矿GaN/AlN量子阱中激子的结合能大于闪锌矿GaN/AlN量子阱中激子的结合能,且随着阱宽的增大,两种阱中基态能量和结合能的差距越来越小.     

低In组分量子阱垒层AlGaN对GaN基双蓝光波长发光二极管性能的影响

采用数值分析方法对含有低In组分AlGaN垒层InGaN/GaN混合多量子阱双蓝光波长发光二极管进行模拟分析. 结果表明，这种AlGaN量子阱垒层能有效改善电子和空穴在混合多量子阱活性层中的分布均匀性及减少电子溢出，实现电子空穴在各个量子阱中的平衡辐射，从而减弱了双蓝光波长发光二极管的效率衰减. 此外，通过改变AlGaN量子阱垒层的Al组分，可以调控双蓝光波长发光二极管发射光谱的稳定性:当Al组分为0.08时，双蓝光波长发光二极管的光谱在小电流和大电流下都比较稳定，而Al组分为0.09时，光谱只在40~100 mA电流范围内比较稳定.     

闪锌矿InGaN耦合量子点中的激子态

在有效质量近似下,用变分法研究了受限于闪锌矿InGaN耦合量子点中的激子态.数值结果显示了量子点的结构参数和铟含量对闪锌矿InGaN耦合量子点中的激子态有明显的影响.激子结合能随着垒层厚度的增加有个最小值,而随着点高和半径的增加单调地降低.     

闪锌矿InGaN量子点中激子态特性研究

基于有效质量近似,运用变分方法计算了闪锌矿InGaN/GaN量子点中的激子结合能和带间发光波长.数值计算结果显示出当柱形InGaN/GaN量子点的半径和高增加时,基态激子结合能降低,而带间发光波长也随该量子点尺寸的增加而增加,该结果和相关实验的测量是一致的.     

MOCVD GaN/InN/GaN量子阱的应变表征

采用MOCVD外延生长11周期InN/GaN量子阱结构样品,原子力显微镜表面形貌结果显示实现了台阶流动生长模式.通过高分辨率X射线衍射与掠入射X射线反射谱技术获得了阱层与垒层的实际厚度.从(102)非对称衍射面与(002)对称衍射面的倒异空间图,确认了InN阱层处于与GaN共格生长的完全应变状态,获得了GaN缓冲层的晶体质量信息及其c轴与a轴晶格常数,确认外延层因受衬底热失配的影响处于压应变状态.     

Advantage of dual wavelength light-emitting diodes with dip-shaped quantum wells

Dual-wavelength light-emitting diodes (DW-LEDs) with dip-shaped quantum wells have been studied by numerical simulation.The emission spectra,light output power,carrier concentration in the quantum wells and internal quantum efficiency are investigated.The simulation results indicate that the DW-LEDs with dip-shaped quantum wells perform better than conventional LEDs with rectangular quantum wells in terms of light output power,leakage current and efficiency droop.These improvements in the electrical and optical characteristics are mainly attributed to the alleviation of the electrostatic field in the dip-shaped quantum wells.     

纤锌矿AlN/GaN/InN/GaN/AlN量子阱的界面和局域光学声子

基于介电连续模型和Loudon单轴模型,采用转移矩阵法讨论纤锌矿AlN/GaN/InN/GaN/AlN量子阱的界面和局域光学声子模.结果表明在GaN阱区引入InN纳米凹槽使纤锌矿AlN/GaN/AlN量子阱的光学声子发生较大变化.对给定波矢,在不同的频率范围内,存在两种界面光学声子模和两种局域光学声子模.声子色散关系和静电势分布表现出较AlN/GaN/AlN单量子阱更为复杂的形态.     

Improved performance of GaN-based light-emitting diodes by using short-period superlattice structures

An InGaN/GaN multiple-quantum-well (MQW) light-emitting diode (LED) with a ten-period i (undoped) -InGaN/p (Mg doped) -GaN (2.5 nm/5.0 nm) superlattice (SL) structure, was fabricated. This SL structure that can be regarded as a confinemen t layer of holes to enhance the hole injection efficiency is inse rted between MQW and p-GaN layers. The studied LED device exhibits better current spreading performance and an improved quality, compared with a conventional one without SL structure. Due to the reduced contact resistance as well as more uniformity of carrier s injection, the operation voltage at 20 mA is decreased from 3.32 to 3.14 V. A remarkably reduced reverse-biased leakage current (10^-7?10^-9 A) and higher endurance of the reverse current pulse are found. The measured output power and external quantum efficiency (EQE) of the studied LED are 13.6 mW and 24.8%, respectively. In addition, significant enhancement of 25.4% in output power as well as increment of 5% in EQE for the studied devices is observed, as the studied devices show s uperior current spreading ability and reduction in dislocations offered by the SL structure.     

纤锌矿GaN/Alx Ga1-xN量子阱中界面声子模对极化子能量的影响

采用Lee-Low-Pines变分法研究了纤锌矿GaN/AlxGa1-xN量子阱中极化子能量和电子-声子相互作用对极化子能量的影响.理论计算中考虑了定域体声子模和界面声子模的作用,同时考虑了它们的各向异性.给出极化子基态能量、第1激发态能量、跃迁能量(第1激发态到基态),以及电子-声子相互作用对能量的贡献随量子阱宽度和深度(组分)变化的数值结果.为了定性分析和对比还给出了闪锌矿量子阱中的相对应结果.计算结果表明:阱宽较小时界面声子对极化子能量的贡献大于定域声子,阱宽较大时界面声子的贡献小于定域声子.纤锌矿结构中声子对能量的贡献大于闪锌矿结构中的相应值.GaN/AlxGa1-xN量子阱中声子对能量的贡献比GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中的相应值大得多,当阱宽为20nm时,电子-声子相互作用能分别约等于-35,-2.5 meV.