1 江苏省智能光电器件与测控工程研究中心 盐城师范学院, 江苏 盐城 224007
2 东莞理工学院国际微电子学院, 广东 东莞 523000
3 金鉴科技有限公司, 广东 广州 511338
4 北京大学物理学院, 北京 100871
5 北京大学东莞光电研究院, 广东 东莞 523808
6 半导体所 鸿海研究院, 台湾 新北 236
7 上海应用技术大学, 上海 201418
本文通过分析目前显示器用的高均匀宽角度灯珠的光学要求，采用新型非朗伯（non-Lambertian）分布封装Micro-LED芯片，实现了宽光束、高均匀性的微型LED芯片光珠。分析了在不同封装倾角、封装高度、封装材料、封装支架材料、蓝宝石厚度和图案化蓝宝石衬底尺寸下，使用由不同封装材料（铜、钛、铝和银）和材料类型（完全反射和完全吸收）组成的支架模拟固定灯珠的光输出效率和出光角度的变化情况。研究发现通过调整材料、芯片和封装参数，可以得到一个、两个或三个光束，具有贴片灯珠的宽角度、高均匀性的远场光分布特性，满足当前LED和LCD的显示要求。
非朗伯分布 朗伯分布 显示 贴片灯珠 non-lambertian distribution lambertian distribution displays SMD lamp beads
1 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 北京大学 东莞光电研究院, 广东 东莞 523808
3 电子科技大学 广东电子信息工程研究院, 广东 东莞 523808
4 无锡先瞳半导体科技有限公司, 江苏 无锡 214000
雪崩倍增效应是4H-SiC雪崩光电二极管、功率半导体器件等器件的关键机理。作为其中最重要的物理参数，雪崩倍增因子(M)的精确解析表达式目前未见报道。文章提出4H-SiC p-n结M的精确计算方法及其解析表达式。基于更准确的碰撞电离模型，通过MATLAB对4H-SiC单边突变结(p+-n)电子和空穴的碰撞电离积分(I)进行精确的数值计算，给出击穿电压(BV)随掺杂浓度的经验表达式，进一步提出电离积分随外加电压及掺杂浓度的拟合表达式。此外，对外加电压接近BV的情形进行细致的相对误差分析，表明电子电离积分受电场影响显著。对于雪崩光电二极管及功率器件较宽的BV范围，所提出的拟合表达式在外加反向偏压大于0.65BV时具有较高的精确度(相对误差小于5%)。
雪崩倍增因子 碰撞电离积分 Miller公式 4H-SiC 4H-SiC avalanche multiplication factor impact ionization integral Miller formula
1 桂林电子科技大学信息与通信学院，桂林 541004
2 北京大学东莞光电研究院，东莞 523808
氮化镓(GaN)是第三代半导体材料中的典型代表。因其良好的物理化学性能与热稳定特性，是制作光电子器件及电力电子器件的理想材料。采用同质外延技术在GaN单晶衬底上制备GaN基器件是实现其高性能的根本途径。本文综述了GaN单晶衬底制备的氢化物气相外延技术、三卤化物气相外延技术、氨热法及助熔剂法(钠流法)的研究进展，并对未来可能的发展方向提出了展望。
氮化镓 单晶衬底 同质外延 氨热法 钠流法 GaN single crystal substrate homoepitaxy ammonothermal method Naflux method
1 中山大学电子与信息工程学院, 广东 广州 510275
2 中镓半导体科技有限公司, 广东 东莞 523500
3 北京大学东莞光电研究院, 广东 东莞 523500
4 常州市武进区半导体照明应用技术研究院, 江苏 常州 213161
5 半导体照明联合创新国家重点实验室, 北京 海淀区 100083
6 东莞市中实创半导体照明有限公司, 广东 东莞 523500
讨论了基于LED和荧光灯光源以及有无紫外线光谱的动态光照明的分类和应用。介绍了基于荧光灯的动态光照明历史。并讨论了发光二极管技术应用于动态光照明的原因。综述了动态光照影响人体皮质醇,褪黑素,警觉性,体温和情绪的作用机理。并介绍紫外线照射的安全标准。提出了一种理想的动态光照明,此种动态光考虑显色指数,色温,光照度,光谱结构和动态变化。
动态光照明 日光 生物节律 情绪 光化学 dynamic lighting daylight circadian rhythms mood photochemistry
1 江苏大学 能源与动力工程学院, 江苏 镇江 212013
2 北京大学物理学院 宽禁带半导体研究中心, 北京 100871
3 东莞中镓半导体科技有限公司, 广东 东莞 523500
利用量子化学的DFT理论, 对MOVPE生长GaN薄膜的表面初始反应机理进行研究。通过计算GaCH3和NH3在GaN(0001)-Ga面的4种吸附位的能量曲线发现, GaCH3在各吸附位的吸附能差值不大, 因此容易在表面迁移; 而NH3在各吸附位的吸附能差值较大, 最稳定吸附位为Top位, 迁移到其他位置需要克服较大能垒。在此基础上, 提出了以NH3和 GaCH3为表面生长基元, 在GaN(0001)-Ga面连续生长, 最终形成环状核心的二维生长机理: 在环状核心形成过程中, 第1个GaN核生长需要3个NH3和1个GaCH3, 可表示为Ga(NH2)3。第2个GaN核生长可利用已有的1个N作为配位原子, 故只需2个NH3和1个GaCH3。2个GaN核可表示为(NH2)2Ga-NH-Ga(NH2)2。第3个GaN核生长可利用已有的2个N作为配位原子, 故只需要1个NH3和1个GaCH3。3个GaN核构成环状核心, 可表示为Ga3(NH)3(NH2)3。后续的生长将重复第2个核和第3个核的生长过程, 从而实现GaN薄膜的连续台阶生长。
GaN薄膜 表面反应 GaN MOVPE MOVPE DFT DFT surface reaction
1 江苏大学 能源与动力工程学院, 江苏 镇江212013
2 北京大学物理学院 宽禁带半导体研究中心, 北京100871
利用FLUENT软件对3种环形分隔进口(4环、8环、12环)的氢化物气相外延(HVPE)反应器的生长均匀性进行了二维数值模拟研究。分别考虑输运模型和输运-生长模型, 模拟过程保持相同的GaCl、NH3及N2气体进口流量。结果显示: 在只考虑输运的模型中, 反应室流动均匀性随着进口环数的增多而改善。8环进口时, 衬底上方温度分布最均匀; 4环进口时, 衬底上方的GaCl浓度较高, 但均匀性最差, Ⅴ/Ⅲ比也较低; 8环及12环进口可得到均匀的GaCl浓度分布及较高的Ⅴ/Ⅲ比。在包括输运和GaN生长的模型中, 尽管8环进口反应器衬底上方的GaCl浓度低于12环进口反应器, 却因其较薄的边界层厚度而导致较高的生长速率, 并且生长均匀性较高。因此, 8环进口反应室更有利于GaN的HVPE生长。
环形进口 反应器设计 数值模拟 HVPE HVPE GaN GaN annular inlet reactor design simulation
北京大学 物理学院 人工介观与微结构国家重点实验室, 北京 100871
在沉积肖特基金属之前, 对非掺的Al0.45Ga0.55N采用了不同时间的氟基等离子体处理, 其中Al组分对应日盲波段。与未做氟基等离子体处理的样品相比, 经过处理的Al0.45Ga0.55N肖特基二极管在反向-10V的漏电流密度随处理时间的增加而减少, 其中处理1min的样品的漏电流密度减少了5个数量级。X射线光电子谱分析证明了处理过的样品表面Ga-F和Al-F键的形成。反向漏电的减少可能是由氟基等离子体处理耗尽了电子和有效钝化了表面态导致的。
高Al 组分AlGaN 肖特基接触 氟基等离子体 漏电流 表面态 high-Al content AlGaN Schottky contact fluoride-based plasma treatment leakage current surface state
北京大学 物理学院 人工微结构和介观物理国家重点实验室, 北京 100871
利用变注入强度的电致发光(EL)测试和数值模拟方法研究了微米LED大注入条件下的发光特性。EL测试结果显示, 微米LED (10μm)在工作电流密度高达16kA/cm2时光功率密度输出未饱和, 同时不存在明显的由于自热效应引起的发光波长红移。和300μm LED相比, 相同注入水平下, 10μm LED 的EL峰值波长相对蓝移, 表明微米LED中存在应力弛豫, 10μm LED 相对 300μm LED 应力弛豫大了约23%。APYSY 模拟发现, 由于应力弛豫和良好的电流扩展, 微米LED中电流分布和载流子浓度更加均匀, 这种均匀的分布使得微米LED具有高的发光效率, 同时能够承受高的电流密度。
微米LED 模拟 GaN GaN micro-LED simulation
提出了一种新的、利于实施计算的实现大范围均匀照明的LED灯具透镜设计方法。基于能量守恒定理和光线折射Snell定理，通过Matlab编程计算出自由曲面透镜坐标点。借助CAD软件和光学模拟软件Tracepro，模拟了自由曲面透镜的具体应用，在光源高为3m，接收面直径为10m的圆形照明区域，得到了均匀度达80%以上的照度分布，该设计可以应用在商场、工厂等室内照明灯具上。
二次光学设计 非成像光学 LED LED secondary optical design non-imaging optics Tracepro Tracepro
北京大学介观物理与人工微结构国家重点实验室, 北京大学物理学院, 北京 100871
运用电致发光(EL)和光致发光(PL)实验, 分析了图形化蓝宝石衬底(PSSLEDs)和常规平面蓝宝石衬底(C-LEDs)InGaN/GaN多量子阱发光二极管的光谱特性。 对比EL谱, 发现PSSLEDs拥有更强的光功率和更窄的半峰宽(FWHM), 说明PSSLEDs具有较高的晶体质量。 其次, PSSLEDs的EL谱半峰宽随电流增加出现了更快的展宽, 而这两种LED样品的PL谱半峰宽随激光功率增加呈现了基本相同的展宽变化, 说明在相同电流下, PSSLEDs量子阱中载流子浓度更高, 能带填充效应更强。 另外, 随着电流的增加, PSSLEDs和C-LEDs的峰值波长都发生蓝移, 且前者的蓝移程度较小, 结合半峰宽的对比分析, 说明PSSLEDs量子阱中的极化电场较小。 最后, 对比了PSSLEDs和C-LEDs的外量子效率随电流的变化, 发现PSSLEDs拥有更严重的efficiency droop, 说明量子阱中极化电场不是导致efficiency droop的主要原因。
图形化蓝宝石衬底发光二极管 峰值波长 极化场 Light emitting diodes on patterned sapphire substr Peak wavelength Piezoelectric field Efficiency droop Efficiency droop
