Jiaming Wang 1Fujun Xu 1,*Lisheng Zhang 1,2Jing Lang 1[ ... ]Bo Shen 1,3,4,**
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Beijing SinoGaN Semiconductor Technology Co., Ltd., Beijing 101399, China
3 Nano-optoelectronics Frontier Center of Ministry of Education, Peking University, Beijing 100871, China
4 Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, Beijing 100871, China
The development of semiconductors is always accompanied by the progress in controllable doping techniques. Taking AlGaN-based ultraviolet (UV) emitters as an example, despite a peak wall-plug efficiency of 15.3% at the wavelength of 275 nm, there is still a huge gap in comparison with GaN-based visible light-emitting diodes (LEDs), mainly attributed to the inefficient doping of AlGaN with increase of the Al composition. First, p-doping of Al-rich AlGaN is a long-standing challenge and the low hole concentration seriously restricts the carrier injection efficiency. Although p-GaN cladding layers are widely adopted as a compromise, the high injection barrier of holes as well as the inevitable loss of light extraction cannot be neglected. While in terms of n-doping the main issue is the degradation of the electrical property when the Al composition exceeds 80%, resulting in a low electrical efficiency in sub-250 nm UV-LEDs. This review summarizes the recent advances and outlines the major challenges in the efficient doping of Al-rich AlGaN, meanwhile the corresponding approaches pursued to overcome the doping issues are discussed in detail.
AlGaN-based UV-LEDs Al-rich AlGaN doping 
Journal of Semiconductors
2024, 45(2): 021501
王靖涛 1王茗 1,2,*王森宇 1徐祖盛 1[ ... ]张瑞 1,2,**
作者单位
摘要
1 桂林理工大学 材料科学与工程学院, 广西 桂林  541004
2 广西光电功能材料与器件重点实验室, 广西 桂林  541004
Y3Al5O12∶Ce3+荧光粉是目前白光LED的主要发光材料,但在使用时存在封装树脂因散热不佳而发生老化等问题。本文采用无压烧结制备了Y2MgAl4SiO12∶Ce3+透明陶瓷荧光体,用于替代荧光粉体和调控发光性能。首先通过化学共沉淀法制备前驱体粉体,经高温煅烧后采用冷等静压成型,最后在马弗炉中1 600 ℃煅烧制得透明荧光陶瓷。研究了Ce3+掺杂浓度和样品厚度对材料性能的影响,其中掺杂量为0.5%的样品在800 nm处具有56%的透过率,在450 K下发光强度仍能保持室温强度的84%。与蓝光芯片组装成器件测试表明,荧光陶瓷在蓝光LEDs/LDs的激发下发出白光,其CIE色度坐标分别为(0.307 6,0.332 9)和(0.308 0,0.331 6),光效分别为62.6 lm/W和146.3 lm/W。研究结果表明,YMAS∶Ce荧光陶瓷可应用于白光LEDs/LDs领域。
无压烧结 Y2MgAl4SiO12∶Ce3+ 荧光陶瓷 白光LEDs/LDs pressureless sintering Y2MgAl4SiO12∶Ce fluorescent ceramic white LEDs/LDs 
发光学报
2024, 45(3): 434
作者单位
摘要
苏州科技大学 电子与信息工程学院, 江苏 苏州 215009
为提供高品质、智能健康的照明光源,基于三基色LED光源构建了线性调光混合照明系统,并提出一种调光调色的优化方法。混合光源的光色度和光强度分别用色温和明度等级来设定,使得混合照明效果更加符合“人因照明”的需求。在系统的智能优化配光过程中,将色温转化为CIE $ {u}'{v}' $色度坐标,明度转化为亮度,使优化计算更加精确。该系统采用线性调光的方式,既能有效避免混合光源闪烁带来的健康安全问题,配合优化算法又有效解决了线性调光色度漂移大的问题。实验结果表明,在2000 K~8000 K的色温范围内,混合照明系统混合光的色度稳定性保持在1阶CIE $ {u}'{v}' $圆内,在对应色温下的整个光强度调节范围内无可察觉的色差。采用线性调光方式在保持光色度稳定上比脉冲宽度调光方式效果更佳。理论探究和实验结果表明该混光照明系统简易可行,具有较高的实用价值。
三基色LED 混合照明 线性调光 人因照明 色差 CIE $ {u}'{v}' $圆 three-primary-color LEDs mixed lighting linear dimming human-centric lighting chromatic aberration CIE $ {u}'{v}' $ circle 
中国光学
2024, 17(1): 108
Shunpeng Lu 1,2Jiangxiao Bai 1,2Hongbo Li 1,2Ke Jiang 1,2[ ... ]Dabing Li 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Key Laboratory of Electronic Materials and Devices of Tianjin, School of Electronics and Information Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China
240 nm AlGaN-based micro-LEDs with different sizes are designed and fabricated. Then, the external quantum efficiency (EQE) and light extraction efficiency (LEE) are systematically investigated by comparing size and edge effects. Here, it is revealed that the peak optical output power increases by 81.83% with the size shrinking from 50.0 to 25.0 μm. Thereinto, the LEE increases by 26.21% and the LEE enhancement mainly comes from the sidewall light extraction. Most notably, transverse-magnetic (TM) mode light intensifies faster as the size shrinks due to the tilted mesa side-wall and Al reflector design. However, when it turns to 12.5 μm sized micro-LEDs, the output power is lower than 25.0 μm sized ones. The underlying mechanism is that even though protected by SiO2 passivation, the edge effect which leads to current leakage and Shockley-Read-Hall (SRH) recombination deteriorates rapidly with the size further shrinking. Moreover, the ratio of the p-contact area to mesa area is much lower, which deteriorates the p-type current spreading at the mesa edge. These findings show a role of thumb for the design of high efficiency micro-LEDs with wavelength below 250 nm, which will pave the way for wide applications of deep ultraviolet (DUV) micro-LEDs.
AlGaN deep ultraviolet micro-LEDs light extraction efficiency size effect edge effect 
Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012504
Qiushuang Chen 1,2Li Chen 1,2,*Cong Chen 1,2Ge Gao 1[ ... ]Jichun Ye 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Ningbo 315201, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
AlGaN-based light-emitting diodes (LEDs) on offcut substrates enhance radiative emission via forming carrier localization centers in multiple quantum wells (MQWs). This study introduces the carrier transport barrier concept, accessing its impact on the quantum efficiency of LEDs grown on different offcut sapphire substrates. A significantly enhanced internal quantum efficiency (IQE) of 83.1% is obtained from MQWs on the 1° offcut sapphire, almost twice that of the controlled 0.2° offcut sample. Yet, 1° offcut LEDs have higher turn-on voltage and weaker electroluminescence than 0.2° ones. Theoretical calculations demonstrate the existence of a potential barrier on the current path around the step-induced Ga-rich stripes. Ga-rich stripes reduce the turn-on voltage but restrict sufficient driving current, impacting LED performance.
carrier localization step-bunching potential barrier offcut substrate DUV LEDs 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 022501
作者单位
摘要
云南民族大学 化学与环境学院, 云南省高校绿色化学材料重点实验室, 云南 昆明  650500
采用溶剂挥发法,在室温条件下生长出掺不同浓度Mn4+的K2TiF6∶Mn4+红光晶体。样品在紫光区和蓝光区都表现出Mn4+的特征宽带激发,对应于其4A24T14A24T2能级跃迁。在蓝光激发下,所有晶体都呈现出一系列窄带红光发射,其中最强发射峰位于631 nm处。在这些晶体中,样品K2TiF6∶Mn4+ (13.18%)表现出最高效的红光发射,其内外量子效率分别高达97.2%和83.3%。值得一提的是,该样品表现出荧光负热猝灭效应,其在120 ℃时的红光发射强度是室温时的1.81倍。所得晶体与Y3Al5O12∶Ce3+ (YAG∶Ce3+)组装的暖白光LED流明效率(LE)高达180.9 lm/W、色温低至3 859 K、显色指数为91.3。与β?SiAlON∶Eu2+组装成白光LED器件,LE也达101.5 lm/W,显示色域为NTSC (National Television System Committee)标准值的94%。因此K2TiF6∶Mn4+晶体在白光LED照明及显示领域具有潜在应用前景。
红光晶体 氟化物 发光性能 白光LED red-emitting crystals fluorides luminescent properties white LEDs 
发光学报
2023, 44(12): 2180
作者单位
摘要
辽宁科技大学计算机与软件工程学院, 辽宁 鞍山 114051
在照明领域中, LED已被证明是一种很有前途的人造光源, 其光谱可以用来合成日光光谱。 目前通过不同种类的LED合成日光光谱的关键问题是如何从LED数据库中选择LED型号和确定各型号LED的工作参数。 针对这一问题, 科学家们提出了通过各种数学模型来表示LED的光谱功率分布, 如高斯函数、 洛伦兹函数、 logistic功率峰函数等。 这些数学模型可以准确地反映出LED的非线性光谱特征, 包括峰值波长、 半高宽、 红移等。 但是通过数学光谱模型模拟的LED光谱与真实的LED光谱并不完全相同, 通过数学光谱模型模拟的LED光谱曲线都是轴对称的。 然而, 真实的蓝色和绿色LED光谱曲线在短波长的一面更陡, 在长波长的一面更缓, 红色LED光谱曲线则相反。 基于现有的多个LED的基础上提出了一个新的模拟日光光谱的方法。 通过设计一个滤光片和调节各个现有的LED光源的辐射量权重(LED光源的辐射量权重为当前LED光源的辐射量与该LED的最大辐射量的百分比)来进行仿真实验, 以此模拟出一个新的光源, 使其光谱与日光光谱相接近。 即将一个滤光片放置在多个LED的混合光源下, 通过滤光片的光谱透射率和各个LED光源的辐射量权重来限制光源的光谱, 使得修正后的多个LED混合光源的光谱尽可能的接近日光光源光谱。 因工业要求需要对滤光片的光谱透射率曲线进行平滑约束。 最后通过优化后的滤光片的光谱透射率求出各个LED光源的辐射量权重的最小二乘解, 从而得到各个最优的LED光源的辐射量权重。 通过仿真实验, 最后该方法得到的模拟日光光源的相关色温(CCT)为6 492 K, 目标光源的相关色温为6 503 K。 模拟日光光源光谱与日光光谱的拟合优度(R2)为0.992 6。 该方法对基于LED的日光光谱拟合的研究有重要的参考价值。
单色LED 日光光谱拟合 约束最小二乘解 平滑约束 Monochrome LEDs Solar spectral fitting Constrained least squares solution Smooth constraint 
光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2369
作者单位
摘要
1 山西大学 物理电子工程学院,山西 太原 030000
2 中国科学院半导体研究所 半导体照明研发中心,北京 100083
3 山西中科潞安紫外光电科技有限公司,山西 长治 046000
紫外光通信在激光雷达、战术通信、航空航天内部安全通讯和片上集成通信等领域有着重要应用前景。传统的紫外光通信LED光源的调制带宽窄、输出光功率低和制造工艺复杂等缺点限制了它在长距离、高速率通信和片上集成通信领域的广泛应用。实验表明,增加单个器件发光面积可提升光输出功率,但增加的器件电容对带宽提升是不利的,因此紫外光通信LED未来的重要研究方向是提升并优化带宽的同时增加器件的光功率密度。UVC Micro?LED器件有着光提取效率高、时间常数小、载流子寿命短、调制速率快及工作电流密度高等出色性能,因此在通讯领域受到科研界和工业界的广泛青睐。本文总结了紫外LED、特别是UVC Micro?LED的相关研究进展,并重点介绍了它们在光通信及其片上集成互联方面的应用。研究发现,对UVC Micro?LED及其阵列制备与性能提升加强研究,是未来提升自由空间和片上互联紫外通信系统性能的最佳解决方案之一。
紫外光通信 微尺寸发光二极管 调制速率 片内集成光通信 光提取效率 ultraviolet optical wireless communication Micro-LEDs modulated rate on-chip integrated optical communication light extraction efficiency 
发光学报
2023, 44(10): 1849
万垂铭 1,2曾照明 2肖国伟 2蓝义安 2[ ... ]王洪 1,3,*
作者单位
摘要
1 华南理工大学 电子与信息学院,广东 广州 510640
2 广东晶科电子股份有限公司,广东 广州 511458
3 中山市华南理工大学现代产业技术研究院,广东 中山 528437
深紫外LED可通过物理方式破坏病毒和细菌的结构,从而获得高效消毒的效果。相比于工艺成熟的蓝光LED,如何提高深紫外LED的封装可靠性和出光率仍是关键问题。本文采用基底预热方式微固化封装胶,结合阵列点胶方式将石英玻璃固定在镀铜围坝,制备了半无机封装的深紫外LED。该器件的输出波长为275 nm,半峰宽约为11 nm。对比传统类透明材料封装的器件,石英封装的深紫外LED有更高的出光率。在真空红墨水和氦气漏率实验中,采用本文提出的半无机封装技术的深紫外LED器件表现出高密封性。此外,在加速老化测试中,该封装器件的光衰速率在20%以内。实验结果表明,对比有机封装的深紫外LED器件,在基底预热条件下,采用阵列点胶固定石英玻璃是现阶段提高深紫外LED可靠性的一种封装方法。
深紫外LED 可靠性 出光率 基底预热 阵列点胶 DUV-LEDs reliability light output efficiency substrate preheating array dispensing 
发光学报
2023, 44(10): 1842
作者单位
摘要
伊犁师范大学物理科学与技术学院, 新疆凝聚态相变与微结构实验室, 伊宁 835000
通过溶胶-凝胶法制备出一系列Dy3+掺杂的Y2MgTiO6(YMT∶Dy3+)荧光粉, 并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪对荧光粉的晶体结构、微观形貌及发光性质进行研究和分析。研究结果显示, YMT∶Dy3+荧光粉为双钙钛矿结构, Dy3+掺杂不改变样品的晶体结构。在近紫外光(352 nm)的激发下, 样品的发射光谱显示出典型的Dy3+特征发射峰, 分别是485 nm处的蓝光、578 nm处的黄光, 以及650~700 nm的红光。当Dy3+摩尔浓度x=0.03时, 荧光粉出现浓度猝灭效应, 其浓度猝灭机制为电偶极子-电偶极子相互作用(d-d)。YMT∶Dy3+荧光粉的CIE色坐标明显受到Dy3+的浓度影响, 其中YMT∶0.02Dy3+荧光粉的CIE色坐标为(0.406, 0.407), 位于暖白光区, 可作为一种暖白光荧光粉应用于近紫外激发白光发光二极管(w-LEDs)。
溶胶-凝胶法 Dy3+掺杂 双钙钛矿结构 暖白光 白光发光二极管 sol-gel method Dy3+doping Y2MgTiO6 Y2MgTiO6 double perovskite structure warm white light w-LEDs 
人工晶体学报
2023, 52(10): 1809

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