Author Affiliations
Abstract
1 School of Nano-Tech and Nano-Bionics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215123, China
The InGaN films and GaN/InGaN/GaN tunnel junctions (TJs) were grown on GaN templates with plasma-assisted molecular beam epitaxy. As the In content increases, the quality of InGaN films grown on GaN templates decreases and the surface roughness of the samples increases. V-pits and trench defects were not found in the AFM images. p++-GaN/InGaN/n++-GaN TJs were investigated for various In content, InGaN thicknesses and doping concentration in the InGaN insert layer. The InGaN insert layer can promote good interband tunneling in GaN/InGaN/GaN TJ and significantly reduce operating voltage when doping is sufficiently high. The current density increases with increasing In content for the 3 nm InGaN insert layer, which is achieved by reducing the depletion zone width and the height of the potential barrier. At a forward current density of 500 A/cm2, the measured voltage was 4.31 V and the differential resistance was measured to be 3.75 × 10?3 Ω·cm2 for the device with a 3 nm p++-In0.35Ga0.65N insert layer. When the thickness of the In0.35Ga0.65N layer is closer to the “balanced” thickness, the TJ current density is higher. If the thickness is too high or too low, the width of the depletion zone will increase and the current density will decrease. The undoped InGaN layer has a better performance than n-type doping in the TJ. Polarization-engineered tunnel junctions can enhance the functionality and performance of electronic and optoelectronic devices.
GaN/InGaN/GaN tunnel junctions polarization-engineering molecular beam epitaxy 
Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012503
侯俨育 1,*董海亮 1,2贾志刚 1,2贾伟 1,2[ ... ]许并社 1,2,4
作者单位
摘要
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院,太原 030000
3 太原理工大学材料科学与工程学院,太原 030024
4 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所,西安 710021
为探究不同铟(In)组分InxGa1-xN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响,本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分InxGa1-xN势垒的激光二极管进行研究,结果发现InxGa1-xN势垒中In组分最佳值为3%,此时结构的斜率效率最高,内部光学损耗最低,光学限制因子最大,性能最优。在具有In0.03Ga0.97N势垒的多量子阱结构基础上,设计了一种组分阶梯(composition step-graded, CSG)InGaN势垒多量子阱结构,提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率,增加了光场限制能力。仿真结果表明,当注入电流为120 mA时,具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构,电光转换效率从17.7%提高至19.9%,斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA,光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。
绿光激光二极管 光电性能 In组分 组分阶梯InGaN势垒 斜率效率 电光转换效率 green laser diode photoelectric performance In composition composition step-graded InGaN barrier slope efficiency electro-optical conversion efficiency 
人工晶体学报
2023, 52(8): 1386
作者单位
摘要
厦门大学物理科学与技术学院,福建 厦门 361005
为了进一步提升蓝光激光器的性能,基于实验样品结构,详细研究了不同结构的p型波导层和有源区的组合对InGaN基边发射蓝光激光器性能的影响。利用PICS3D软件模拟计算其光输出功率-电流-电压特性曲线、能带结构、载流子电流密度分布、激射复合率等光电特性。结果表明,In组分渐变的p型波导层和前两个量子垒层、最后一个量子垒层使用AlGaN材料的新结构,可以很好地抑制电子泄漏,增加空穴注入,提高受激辐射复合率,从而提升蓝光激光器的发光效率。在1.5 A注入电流下,新结构的光输出功率可达2.69 W,相较标准结构提升了47.8%。
激光器 蓝光激光器 InGaN 波导层 有源区 
激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1714007
Author Affiliations
Abstract
Wide Bandgap Semiconductor Technology Disciplines State Key Laboratory, School of Microelectronics, Xi'dian University, Xi'an 710071, China
The nano-patterned InGaN film was used in green InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) structure, to relieve the unpleasantly existing mismatch between high indium content InGaN and GaN, as well as to enhance the light output. The different self-assembled nano-masks were formed on InGaN by annealing thin Ni layers of different thicknesses. Whereafter, the InGaN films were etched into nano-patterned films. Compared with the green MQWs structure grown on untreated InGaN film, which on nano-patterned InGaN had better luminous performance. Among them the MQWs performed best when 3 nm thick Ni film was used as mask, because that optimally balanced the effects of nano-patterned InGaN on the crystal quality and the light output.The nano-patterned InGaN film was used in green InGaN/GaN multiple quantum wells (MQWs) structure, to relieve the unpleasantly existing mismatch between high indium content InGaN and GaN, as well as to enhance the light output. The different self-assembled nano-masks were formed on InGaN by annealing thin Ni layers of different thicknesses. Whereafter, the InGaN films were etched into nano-patterned films. Compared with the green MQWs structure grown on untreated InGaN film, which on nano-patterned InGaN had better luminous performance. Among them the MQWs performed best when 3 nm thick Ni film was used as mask, because that optimally balanced the effects of nano-patterned InGaN on the crystal quality and the light output.
GaN InGaN nano-mask nano-patterned MQWs 
Journal of Semiconductors
2023, 44(4): 042801
张君华 1贾志刚 1,2,*董海亮 1,2臧茂荣 1[ ... ]许并社 1,2,3
作者单位
摘要
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院, 太原 030000
3 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021
设计了中心波长为520 nm的AlGaInN/InGaN 应变补偿分布布拉格反射镜(DBR)结构, 通过调节组分参数实现应变补偿, 使DBR整体应变为0, 采用传输矩阵法, 计算了Al0.7Ga0.3-xInxN/InGaN DBR、Al0.8Ga0.2-xInxN/InGaN DBR、Al0.9Ga0.1-xInxN/InGaN DBR的反射光谱。通过对DBR结构参数进行对比, 优化了其结构和反射性能。首先对比高低折射率层生长顺序, 发现对于Al0.8Ga0.14In0.06N/In0.123Ga0.877N DBR, 先生长高折射率层时, 反射率高达99.61%, 而先生长低折射率层时, 反射率仅为97.73%; 然后对比奇数层DBR和偶数层DBR, 发现两者的反射谱几乎重合, 没有显著区别; 通过研究DBR对数对反射率的影响, 发现对数在20~30对时, 反射率随着对数的增加明显上升, 30~40对时反射率增长缓慢; 最后研究了材料组分对反射谱的影响, 发现Al组分高的DBR折射率差大, 反射性能更优, 而相同Al组分的AlGaInN中In含量越低反射率越高。考虑到DBR制备过程中可能出现的厚度和组分偏差, 模拟了厚度和组分出现偏差时反射谱的变化, 发现高低折射率层厚度每增加或减少1 nm, 反射谱红移或蓝移4~5 nm; 而组分的偏差使高反射带带宽和中心波长处反射率发生明显变化。本文的研究为AlGaInN/InGaN DBR的设计和制备提供了一定的理论参考。
应变补偿 分布布拉格反射镜 厚度偏差 组分偏差 AlGaInN AlGaInN InGaN InGaN strain-compensation distributed bragg reflector thickness deviation component deviation 
人工晶体学报
2023, 52(3): 452
单恒升 1,2,*李明慧 1,3李诚科 1,3刘胜威 1,3[ ... ]李小亚 4
作者单位
摘要
1 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所,西安 710021
2 西安电子科技大学,宽禁带半导体材料教育部重点实验室,西安 710071
3 陕西科技大学材料科学与工程学院,西安 710021
4 西北大学信息科学与技术学院,西安 710127
本文利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在(001)面图形化蓝宝石衬底(PSS)上生长了一种含有AlGaN-InGaN/GaN MQWs (multiple quantum wells)-AlGaN双势垒结构的高In组分太阳能电池外延材料。高分辨率X射线衍射(HRXRD)和光致发光(PL)谱分析表明,与含有AlGaN电子阻挡层的低In组分的量子阱结构太阳能电池外延材料相比,该结构材料具有较小的半峰全宽(FWHM),计算表明:此结构材料的位错密度降低了一个数量级,达到107 cm-2;同时,有源区中的应变弛豫降低了51%;此外,此结构材料的发光强度增强了35%。研究结果表明含有AlGaN双势垒结构的外延材料可以减小有源区的位错密度,降低非辐射复合中心的数目,增大有源区有效光生载流子的数目,为制备高质量太阳能电池提供实验依据。
金属有机化合物化学气相沉积 太阳能电池外延材料 AlGaN双势垒结构 位错密度 光生载流子 metal organic chemical vapor deposition solar cell epitaxial material AlGaN double barrier structure InGaN/GaN MQWs InGaN/GaN MQWs dislocation density photo-induced carrier 
人工晶体学报
2023, 52(1): 83
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
3 昆山杜克大学自然与应用科学学部, 江苏 昆山 215316
金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备InGaN/GaN多量子阱结构时, 在GaN势垒层生长的N2载气中引入适量H2, 能够有效改善阱/垒界面质量从而提升发光效率。 本工作利用光致发光(PL)光谱技术, 对蓝光激光器结构中的InGaN/GaN多量子阱的发光性能进行了精细的光谱学测量与表征, 研究了通H2生长对量子阱界面的调控效应及其发光效率提升的物理机制。 室温PL光谱结果显示, GaN势垒层生长载气中引入2.5%的H2使InGaN/GaN多量子阱的发光效率提升了75%、 发光峰的峰位蓝移了17 meV、 半峰宽(FWHM)减小了10 meV。 通过功率依赖的PL光谱特征分析, 我们对InGaN/GaN量子阱中的量子限制Stark效应(QCSE)和能带填充(Band Filling)效应进行了清晰的辨析, 发现了发光峰峰位和峰宽的光谱特征主要受QCSE效应影响, H2的引入能够大幅度降低QCSE效应, 并且确定了QCSE效应被完全屏蔽情况下的发光峰能量为2.75 eV。 温度依赖的PL光谱数据揭示了通H2生长量子阱结构中显著减弱的载流子局域化行为, 显示界面质量提高有效降低了限制势垒的能量波动, 从而导致更窄的发光峰半峰宽。 PL光谱强度随温度的变化规律表明, 通H2生长并不改变量子阱界面处的非辐射复合中心的物理本质, 却能够显著减少非辐射复合中心的密度, 有助于提升量子阱的发光效率。 通过时间分辨PL光谱分析, 发现通H2生长会导致量子阱结构中更短的载流子辐射复合寿命, 但不影响非辐射复合寿命。 载流子复合寿命的变化特征进一步确认了通H2生长对量子阱结构中QCSE效应和非辐射复合中心的影响规律。 综合所有PL光谱分析结果, 我们发现通H2生长能够提高InGaN/GaN多量子阱的界面质量、 显著减弱应力效应(更弱的QCSE效应)、 降低限制势垒的能量波动以及减少界面处非辐射复合中心的密度, 从而显著提升量子阱的发光效率。 该研究工作充分显示了PL光谱技术对半导体量子结构发光性能的精细表征能力, 光谱分析结果能够为InGaN/GaN多量子阱生长提供有价值的参考。
InGaN/GaN多量子阱 光致发光光谱 量子限制Stark效应 载流子局域化 载流子复合寿命 InGaN/GaN MQWs Photoluminescence spectroscopy Quantum-confined Stark effect Carrier localization Carrier recombination lifetime 
光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1179
作者单位
摘要
1 西北大学 信息科学与技术学院, 西安 710127
2 上海精密计量测试研究所, 上海 201109
3 西安电子科技大学 微电子学院, 西安 710071
针对p型GaN IMPATT制造工艺仍未成熟,提出了一种In04Ga06N/GaN n-n型异质结构来取代常规p-n结构,使GaN IMPATT二极管工作在IMPATT模式下。研究了这种n-n型In04Ga06N/GaN碰撞电离雪崩渡越时间(IMPATT)二极管的噪声特性,与同等条件下的传统GaN基p-n结IMPATT二极管作比较。结果表明,在不同偏置电流密度和不同InGaN层厚度下,该器件的噪声特性均好于传统p-n结构。结合器件交流输出特性可以得知,In04Ga06N/GaN同型异质结IMPATT器件不仅在功率效率上优于GaN p-n结构,其噪声性能表现亦优于传统GaN p-n结构,特别是在高频段的噪声特性优势更加明显。该研究可以为GaN基IMPATT器件的设计提供更多的思路和参考。
异质结 均方噪声电压 噪声测度 InGaN/GaN InGaN/GaN heterojunction IMPATT IMPATT mean square noise voltage noise measure 
微电子学
2022, 52(3): 459
作者单位
摘要
1 淮阴工学院 数理学院, 江苏 淮安  223003
2 东南大学 生物科学与医学工程学院, 江苏 南京  210096
绿光光源可广泛应用于固态照明、可见光通信、电子显示、光遗传学等领域。相比于蓝光LED,高性能低维绿色发光器件的设计与制备受限于绿光效率低(Green gap)和高注入电流下效率下降(Efficiency droop)两个主要问题的困扰。本文采用化学气相沉积方法(CVD)生长镓掺杂的氧化锌微米线(ZnO∶Ga MW),结合p型InGaN衬底制备了n‐ZnO∶Ga MW/p‐InGaN异质结发光二极管。该器件的输出波长为540 nm,半峰宽约为32 nm,在相对较大的注入电流下,器件发光峰位、半峰宽等发光特征参数没有明显的变化,且相对外量子效率(REQE)在较大电流下呈现出相对较小的下降,体现了较高的发光稳定性。此外,利用金纳米薄膜改善了ZnO∶Ga微米线与InGaN衬底间的接触,实现了结区界面的优化,成功提高了发光二极管的发光强度。实验结果表明,采用n‐ZnO∶Ga微米线结合p‐InGaN衬底构筑的异质结可用于制备高稳定性高亮度的微型绿光发光二极管。
绿光发光二极管 金纳米薄膜 镓掺杂氧化锌微米线 铟镓氮 相对外量子效率 green LED Au nano-film Ga doped ZnO microwire InGaN relative external quantum efficiency(REQE) 
发光学报
2022, 43(12): 1965
徐海英 1,2刘茂生 2姜明明 2,*缪长宗 2[ ... ]施大宁 2,**
作者单位
摘要
1 南京工程学院 数理学院,江苏 南京 211167
2 南京航空航天大学 物理学院,江苏 南京 211106
基于半导体低维微纳结构构筑的可见光发光器件,特别是位于500 ~ 600 nm波段的黄绿光光源,因具有较高的发光效率、长寿命和低功耗等特点,在超高分辨率显示与照明、单分子传感和成像等领域有着广泛的应用价值。由于高性能低维黄绿色发光器件在发光材料制备、器件结构以及发光器件的 “Green/yellow gap”和 “Efficiency droop”等方面受到严重限制,极大地影响了低维微纳结构黄绿光发光器件的开发和应用。本文采用单根镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)微米线和p型InGaN衬底构筑了异质结基黄光发光二极管,其输出波长位于580 nm附近,半峰宽大约为50 nm。随注入电流的增加,光谱的峰位和半峰宽几乎没有任何变化,也没有观察到InGaN基光源中常见的量子斯塔克效应。器件相应的色坐标始终处于黄光色域范围。更为重要的是,器件的外量子效率在大电流注入下并没有出现较大的下降。结合单根ZnO∶Ga微米线和InGaN的光致发光光谱,以及n‐ZnO∶Ga/p‐InGaN异质结能带结构理论,可以推断该制备器件的发光来自于ZnO∶Ga微米线和InGaN结区界面处载流子的辐射复合,器件的Droop效应得到明显抑制。实验结果表明,n‐ZnO∶Ga微米线/p‐InGaN异质结可用于制备高性能、高亮度的低维黄光发光二极管。
黄光发光二极管 镓掺杂氧化锌微米线 铟镓氮 外量子效率 Droop效应 yellow light-emitting diode Ga-doped ZnO microwire InGaN external quantum efficiency Droop effect 
发光学报
2022, 43(8): 1165

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!