1 沈阳工程学院新能源学院, 辽宁 沈阳 110136
2 国家电网辽宁省电力有限公司, 辽宁 沈阳 110004
GaN薄膜材料广泛应用于发光二极管(LED), 激光二极管(LD)等光电器件。 但是GaN基器件的制备与应用以及器件推广很大一部分取决于其器件的价格, 常用的方式是在单晶蓝宝石衬底上沉积制备GaN薄膜样品, 单晶蓝宝石衬底晶向择优, 可以制备出高质量的GaN薄膜样品, 但是单晶蓝宝石衬底价格昂贵, 一定程度上限制了其GaN基器件推广使用。 如何在廉价衬底上直接沉积高质量的GaN薄膜, 满足器件的要求成为研究热点。 石英玻璃价格廉价, 但是属于非晶体, 没有择优晶向取向, 很难制备出高质量薄膜样品。 本研究采用等离子体增强金属有机物化学气相沉积系统在非晶普通石英衬底上改变氮气反应源流量低温制备GaN薄膜材料。 制备之后采用反射高能电子衍射谱、 X射线衍射光谱、 室温透射光谱和光致光谱对制备的薄膜进行系统的测试分析。 其结果表明: 在氮气流量适当的沉积参数条件下, 所制备的薄膜具有高C轴的择优取向, 良好的结晶质量以及优异的光学性能。
GaN薄膜 石英衬底 ECR-PEMOCVD系统 光学性能 GaN film Quartz substrate ECR-PEMOCVD system Optical performance 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2672
1 大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连116024
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室, 上海200050
3 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春130012
研究了MOCVD系统中原位SiN插入层对GaN薄膜应力和光学性质的影响。采用SiN插入层后, GaN薄膜的裂纹数量大大减少, 薄膜所承受的张应力得到了一定的释放。同时, GaN薄膜的缺陷密度降低一倍, 晶体质量得到了极大的改善。研究表明, 位错密度的降低在GaN薄膜中留存较大的残余应力, 补偿了降温过程中所引入的张应力。同样, 随着SiN插入层的应用, 低温PL谱的半峰宽降低, 薄膜光学质量提高。最后研究了PL谱发光峰与应力的关系, 得到了一个-13.8的线性系数。
应力弛豫 插入层 SiN SiN strain relief insertion layer
1 大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连116024
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 信息功能材料国家重点实验室, 上海200050
3 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春130012
利用MOCVD技术在蓝宝石衬底上外延生长了具有低温插入层结构的绿光LED, 研究了具有插入层结构的LED的发光特性。插入层的引入增加了In在量子阱中的并入, 并且引起了波长红移。经过分析, 认为是In的相分离和极化场带来的红移, 且恶化了器件的性能。
相分离 插入层 LED LED phase separation insertion layer
1 大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连 116024
2 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
在Aixtron 3×2近耦合喷淋式金属有机化学气相沉积反应室中, 调节喷淋头与基座之间的距离, 制备了7, 13, 18, 25 mm间距的4个InGaN/GaN量子阱样品。利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)对样品表面形貌及界面质量进行了表征。研究表明: 随着高度的增加, 量子阱的表面粗糙度减少, 垒/阱界面陡峭度逐步变差, 垒层和阱层厚度及阱层In组分含量减少; 增加高度至一定值后, 量子阱厚度及In组分趋于稳定。此外, 对比垒层和阱层的厚度变化, 垒层厚度的变化幅度较阱层更为明显。
高度调节 InGaN/GaN量子阱 MOCVD MOCVD showerhead gap position InGaN/GaN MQW
1 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春130023
2 大连理工大学 物理与光电工程学院, 辽宁 大连116024
3 信息功能材料国家重点实验室 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海200050
4 浙江水晶光电科技股份有限公司, 浙江 台州318015
利用低压MOCVD系统在弯曲度值不同的蓝宝石衬底上生长了GaN基LED外延结构并制作芯片。测量了芯片的主要电学和光学参数, 并分析了衬底弯曲度值对芯片性能的影响。分析结果表明: 存在弯曲度的衬底预先弛豫了外延层中的部分应力, 改善了外延层的质量, 从而提高了LED芯片的性能。随着衬底弯曲度值的逐渐增加, 下层GaN对有源层中InGaN材料的压应力作用不断减小, 导致芯片的主波长逐渐发生蓝移。
弯曲度 残余应力 GaN GaN LED LED bow residue strain
1 大连理工大学 物理与光电学院, 辽宁 大连 116024
2 江苏新广联科技股份有限公司, 江苏 无锡 214192
3 中国科学院上海微系统与信息研究所 信息功能材料国家重点实验室, 上海 200050
4 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子国家重点实验室, 吉林 长春 130012
利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底表面制备了带有p-AlGaN电子阻挡层的400 nm高性能紫光InGaN多量子阱发光二极管。制作了3种紫光LED, 分别带有不同p-AlGaN电子阻挡层结构:Al摩尔分数为9%的p-AlGaN电子阻挡层; Al摩尔分数为11%的p-AlGaN电子阻挡层; Al摩尔分数为20%的10对p-AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层。带有高浓度Al电子阻挡层的紫光LED的光输出功率高于低浓度Al电子阻挡层的紫光LED。带有10对p-AlGaN/GaN超晶格电子阻挡层的紫光LED的光输出功率获得了极大的提高, 在20 mA注入电流时测试得到的光输出功率为21 mW。此外, 该LED同时显示了在高注入电流下接近线性的I-L特性曲线和在LED芯片表面均匀的发光强度分布。
金属有机物化学气相沉积 紫光发光二极管 GaN发光二极管 电子阻挡层 超晶格 metal organic chemical vapor deposition violet light emitting diodes GaN light emitting diodes electron blocking layer super lattice
