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.     

非故意掺杂与半绝缘GaN缓冲层上的AlGaN/GaN异质结构的高温电子输运特性

研究了非故意掺杂(UID)与半绝缘(SI)GaN缓冲层(BL)上的Al0.35Ga0.65N/GaN异质结构高温下的电子输运特性,应用Hall效应系统地测量了样品在高温下的电子面密度和电子迁移率随温度变化的关系.实验发现,高温下AlGaN/GaN异质结构的电子迁移率主要受到LO声子散射的作用,其中,UID-BL样品的电子面密度随温度升高而逐渐上升,SI-BL样品的电子面密度则随温度升高呈现先下降再平衡后上升的规律.对相应的未生长AlGaN势垒层的本征GaN薄膜的高温电阻特性分析表明,随着温度的升高,UID-BL样品的电子迁移率受到背景载流子的影响逐渐增大;SI-BL样品的电子迁移率在室温附近受附加位错散射的影响较大,600K以后受背景载流子的影响缓慢增强,这对于研究AlGaN/GaN异质结构器件的高温特性具有很好的参考意义.另外,由理论计算可知,高温下二维电子气(2DEG)逐渐向势垒层和缓冲层内部扩展,电子在第一子带的占据从室温下的86%下降到700K时的81%.     

AlN/GaN分布布拉格反射器反射率的研究

从理论上推导出分布布拉格反射器(DBR)反射率的计算公式,分析了GaN基材料DBR反射率与单层膜折射率、多层膜的对数、单层膜的厚度等的关系,发现20对AlN／GaN构成的1／4波长。DBR的反射率在中心波长410nm下达到了0．9995,分析了DBR反射率随单层厚度波动的影响,并发现随着正偏差的增大,最大反射率对应的波长增大．相同对数AlN／GaN多层膜的反射率比MGaN／GaN多层膜的反射率大,因此,AlN／GaN比AlGaN／GaN更适合做反射器。     

包含Kink效应的改进型GaN HEMTs模型

提出了一种GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）建模方法.该模型以ADS（advanced design system）中的符号定义器件SDD（symbolically defined device）为基础,结合宽带S-参数与脉冲直流测试数据,对GaN器件进行精确建模.本文所用晶体管为双指AlGaN/GaN HEMT器件,其栅长为90 nm,单指栅宽为40 μm.数据测试采用在片测试方法,在常规S参数测试和直流测试基础上,增加了脉冲直流测试,并针对测试数据体现的Kink效应和阈值电压漂移现象进行建模.研究结果表明,该模型可以准确拟合器件0~110 GHz S参数及直流特性,谐波平衡仿真显示该模型具有良好的收敛特性,可用于GaN HEMTs器件电路仿真.      

AlGaN势垒层应变弛豫度对高Al含量AlxGa1-xN/GaN HEMT性能的影响

采用数值算法自洽求解Poisson和Schrödinger方程, 计算了AlGaN势垒层的应变弛豫度对高Al含量AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）中的导带结构、电子浓度以及二维电子气(2DEG)薄层电荷密度的影响. 利用所获得的精确薄层电荷密度与栅电压的关系, 采用非线性电荷控制模型解析求解了应变弛豫度对Al_xGa_1-xN/GaN HEMT直流输出特性的影响. 计算表明, 应变弛豫度为0时所获得的Al_0.50Ga_0.500N/GaN HEMT的最大二维电子气薄层电荷密度为2.42×10¹³ cm^-2, 最大漏电流为2482.8 mA/mm; 应变弛豫度为1时所获得的最大二维电子气薄层电荷密度为1.49×10¹³ cm^-2, 最大漏电流为1149.7 mA/mm. 模拟结果同已有的测试数据相比, 符合较好. 对模拟结果的分析表明, 对高Al含量的AlGaN/GaN HEMT进行理论研究时需要考虑应变弛豫度的影响, 减小AlGaN势垒层的应变弛豫度可显著提高器件的性能.     

表面态对AlGaN／GaN异质结构2DEG影响的模拟分析

利用模拟软件研究施主表面态特性与AlGaN/GaN异质结构中二维电子气（2 dimensional electron gas,2DEG）形成之间的关系,分析施主表面态电离过程以及表面态能级位置、表面态密度的影响。结果表明：施主表面态为2DEG的电子来源;Al-GaN能带分布及2DEG密度随AlGaN厚度、施主表面态能级位置、施主表面态密度的改变而改变。     

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。     

磁控溅射生长AlN钝化层的研究

测得AlN和Si3N4介质钝化后的AlGaN/GaN异质结的高频C-V（电容-电压）曲线,由此计算钝化层与AlGaN势垒层界面电荷面密度,发现AlN钝化层与势垒层界面的电荷面密度较Si3N4更大,同时AlN钝化层薄膜含有的可移动离子数目更多.根据I-V（电流-电压）曲线讨论了用磁控溅射技术生长的AlN钝化薄膜质量,发现AlN薄膜绝缘性不够好,可能是在室温磁控溅射生长过程中从靶材溅射出的Al原子未能与N2充分反应,导致沉积的AlN薄膜不够致密,含有的电子隧穿通道多.因此可改善反应条件以提高AlN薄膜质量.