金属缓冲层上生长GaN薄膜的结构_发光性能及其生长机理
《GaN基蓝光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》
《GaN基蓝光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》摘要：本文研究了GaN基蓝光激光二极管（Blue Laser Diode，BLD）的外延结构设计及其光电性能。
首先，对外延结构的生长工艺和设计进行了详细的介绍。
接着，通过实验研究了外延结构对BLD光电性能的影响。
本文的结果有助于理解和提升GaN基蓝光激光二极管的性能。
一、引言GaN基蓝光激光二极管（BLD）是当前光电技术的重要研究方向之一，具有广泛的应用前景，包括光存储、光通信、全息投影和三维显示等领域。
而外延结构的设计与优化对于BLD的光电性能起着至关重要的作用。
因此，研究GaN基蓝光激光二极管的外延结构设计及其光电性能具有非常重要的意义。
二、外延结构设计与生长工艺1. 设计原理GaN基BLD的外延结构通常由多个层组成，包括缓冲层、n 型层、有源层和p型层等。
各层的设计应考虑其晶体质量、电学和光学性能的平衡。
同时，还必须考虑到减少晶格失配、位错和杂质的散射等问题。
2. 生长工艺目前，金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术是制备GaN 基外延结构的常用方法。
这种方法可以在高纯度的环境中精确控制薄膜的生长速率和成分，进而优化BLD的光电性能。
三、外延结构对光电性能的影响1. 发光效率外延结构的晶体质量和光学性能对BLD的发光效率有显著影响。
例如，高质量的缓冲层可以减少位错密度，提高有源层的晶体质量，从而提高发光效率。
此外，合理的能级结构也能有效提高电子-空穴对的复合效率，进而提高发光效率。
2. 激光阈值电流激光阈值电流是衡量激光二极管性能的重要参数之一。
外延结构的优化可以降低激光阈值电流，提高BLD的激光输出功率。
例如，通过调整n型层和p型层的掺杂浓度和载流子分布，可以改善p-n结的质量，降低阈值电流。
3. 光学均匀性外延结构的设计应确保各层之间光学性能的匹配性，以提高激光器的光学均匀性。
光学均匀性良好的激光器可以提供更加稳定的激光输出和更长的使用寿命。
GaN材料的欧姆接触研究进展
GaN 材料的欧姆接触研究进展摘要：III-V 族GaN 基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件方面的应用潜能而被广为研究。
低阻欧姆接触是提高GaN 基器件光电性能的关键。
金属/GaN 界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能和可靠性的一个问题。
对于各种应用来说，GaN 的欧姆接触需要得到改进。
通过对相关文献的归纳分析，本文主要介绍了近年来在改进n-GaN 和p-GaN 工艺、提高欧姆接触性能等方面的研究进展。
关键词：GaN;欧姆接触0 引 言近年来，氮化镓（GaN ）因其在紫外探测器、发光二极管（LED ）、高温大功率器件和高频微波器件等领域的广泛应用前景而备受关注。
实现金属与GaN 间的欧姆接触是器件制备工艺中的一个重要问题。
作为宽带隙材料代表的GaN 具有优异的物理和化学性质,如击穿场强高,热导率大,电子饱和漂移速度快,化学稳定性好等,在蓝绿光LEDs,蓝光LDs,紫外探测器及高温、微波大功率器件领域具有诱人的应用前景。
近年来GaN 基器件的研究取得了巨大进展,但仍面临许多难题,其中获得良好欧姆接触是制备高性能GaN 基器件的关键之一,特别是大工作电流密度的半导体激光器及高温大功率器件更需要良好的欧姆接触。
欧姆接触是接触电阻很低的结，它不产生明显的附加阻抗，结的两边都能形成电流，也不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。
本文主要介绍了2006年以来部分期刊文献中有关n-GaN 和p-GaN 器件欧姆接触研究的进展。
1 欧姆接触原理及评价方法低阻的欧姆接触是实现高质量器件的基础。
根据金属-半导体接触理论,对于低掺杂浓度的金属-半导体接触,电流输运由热离子发射决定,比接触电阻为:KTq T qA K Bn c Φ•=ex p *ρ式中:K 为玻尔兹曼常数,q 为电子电荷,A*为有效里查逊常数,ΦBn 为势垒高度,T 为温度。
对于较高掺杂的接触,此时耗尽层很薄,电流输运由载流子的隧穿决定,比接触电阻为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Φoo Bn E q exp ∝c ρ，m N qh s d επ4E oo =，式中s ε为半导体介电常数，m 为电子有效质量，d N 为掺杂浓度，h 为普朗克常量。
Si衬底GaN基LED外延薄膜转移至金属基板的应力变化
Si衬底GaN基LED外延薄膜转移至金属基板的应力变化第31卷第4期2010年8月发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.31No.4Aug．，2010文章编号：1000-7032（2010）04-0531-07Si 衬底GaN 基LED 外延薄膜转移至金属基板的应力变化熊贻婧，张萌*，熊传兵，肖宗湖，王光绪，汪延明，江风益（南昌大学教育部发光材料与器件工程研究中心，江西南昌330047）摘要：采用电镀金属基板及湿法腐蚀衬底的方法将硅衬底上外延生长的GaN MQW LED 薄膜转移至不同结构的金属基板，通过高分辨X 射线衍射（HRXRD ）和光致发光（PL ）研究了转移的GaN 薄膜应力变化。
研究发现：（1）转移至铜基板、铬基板、铜/镍/铜叠层基板等三种基板的GaN 薄膜张应力均减小，其中转移至铬基板的GaN 薄膜张应力最小。
（2）随着铬基板中铬主体层厚度的增加，转移后的GaN 薄膜应力不发生明显变化。
关键词：金属基板；Si 衬底；GaN ；薄膜；应力中图分类号：TN304．055PACS ：78．60．FiPACC ：7860F文献标识码：A收稿日期：2010-03-10；修订日期：2010-05-06基金项目：教育部长江学者与创新团队发展计划（IRT0730）资助项目作者简介：熊贻婧（1986－），女，江西九江人，主要从事半导体材料与器件的研究。
E-mail ：iching．x@foxmail．com *：通讯联系人；E-mail ：tiegang_zm@126．com1引言GaN MQW LED 已经广泛地应用于显示器件及照明光源，成为产业界和研究领域的热点之一［1 4］。
目前商品化的GaN LED 器件其外延衬底有三种：蓝宝石、碳化硅和硅衬底［5］。
蓝宝石衬底上外延的GaN 具有同侧结构和垂直结构两种器件结构［6，7］；碳化硅衬底上外延的GaN 有在外延衬底上直接加工的垂直结构器件和将外延膜转移到新的支撑基板上获得的垂直结构器件两种［8］。
《GaN基绿光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》
《GaN基绿光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展，半导体激光器在通信、显示、生物医学等领域的应用日益广泛。
其中，GaN基绿光激光二极管以其高亮度、高效率、长寿命等优点，在全彩显示和固态照明等领域具有巨大的应用潜力。
本文将重点研究GaN基绿光激光二极管的外延结构设计及其光电性能。
二、GaN基绿光激光二极管的外延结构设计1. 结构概述GaN基绿光激光二极管的外延结构主要包括n型GaN缓冲层、多量子阱（MQW）活性区、p型GaN层和电极等部分。
其中，MQW活性区是产生激光的核心部分，其结构对激光器的性能具有重要影响。
2. 设计原则外延结构设计需遵循优化光场限制、提高内量子效率、降低阈值电流等原则。
通过调整各层厚度、掺杂浓度以及能级结构等参数，实现绿光激光二极管的优化设计。
3. 具体设计（1）采用高Al组分的AlGaN作为势垒层，以提高电子的注入效率和光场限制能力。
（2）通过优化InGaN量子阱的组分和厚度，提高内量子效率，降低阈值电流。
（3）采用渐变掺杂的p型GaN层，提高空穴的注入效率。
（4）设计合理的电极结构，降低接触电阻，提高电流扩展性能。
三、光电性能研究1. 发光性能通过实验研究GaN基绿光激光二极管的发光性能，包括发光波长、半峰全宽（FWHM）、发光强度等参数。
通过优化外延结构，可实现绿光激光二极管的发光波长稳定在530nm左右，FWHM窄化，发光强度提高。
2. 电学性能通过测试GaN基绿光激光二极管的I-V特性曲线，研究其电学性能。
优化后的结构可降低阈值电流，提高斜率效率，使激光器在低电流下即可产生激光输出。
3. 稳定性与寿命研究GaN基绿光激光二极管的稳定性与寿命。
通过加速老化实验，评估激光器的可靠性及寿命。
同时，通过优化封装工艺，提高激光器的抗环境能力，延长其使用寿命。
四、实验结果与讨论通过实验研究，我们发现优化后的GaN基绿光激光二极管的外延结构可显著提高其光电性能。
《GaN基绿光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》范文
《GaN基绿光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》篇一摘要：本论文研究了基于氮化镓（GaN）材料的绿光激光二极管（Green Laser Diode，GLD）的外延结构设计，及其对应的光电性能表现。
我们通过对材料性质的理解、结构的优化以及工艺的改进，成功地提高了GLD的光电转换效率和出光性能。
本文将详细介绍该结构的设计思路、实验过程以及结果分析，为GaN基绿光激光二极管的研究与应用提供理论支持和实践指导。
一、引言随着科技的飞速发展，绿光激光二极管（GLD）因其独特的光电性能在众多领域得到广泛应用，如通信、显示技术以及生物医学等。
而氮化镓（GaN）作为制造绿光激光二极管的关键材料，其外延结构设计及光电性能的优化一直是研究的热点。
本论文将针对这一领域展开深入研究。
二、GaN基绿光激光二极管外延结构设计1. 材料选择与性质氮化镓（GaN）具有宽带隙、高饱和电子速度等特性，是制造绿光激光二极管的理想材料。
本论文主要探讨以GaN为基底的异质结构，通过精确控制材料生长参数，实现高质量的外延结构。
2. 结构设计思路外延结构的设计主要涉及缓冲层、有源层和覆盖层的结构设计。
缓冲层用于减少晶格失配和应力；有源层决定激光二极管的发光波长；覆盖层则用于保护有源层并提高出光效率。
本论文通过优化各层厚度、掺杂浓度等参数，实现高效的光电转换。
三、实验过程与结果分析1. 实验方法采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，通过精确控制生长参数，制备出高质量的GaN基绿光激光二极管外延结构。
利用光学显微镜、X射线衍射（XRD）等技术手段对样品进行表征。
2. 实验结果（1）光学性能：通过优化外延结构，GLD的出光效率得到显著提高，绿光波长纯度得到改善。
（2）电学性能：优化后的外延结构提高了载流子的传输效率，降低了阈值电流密度。
（3）稳定性：经过长时间的工作测试，优化后的GLD在高温和湿度环境下表现出良好的稳定性。
四、讨论与展望本论文通过优化GaN基绿光激光二极管的外延结构设计，成功提高了其光电转换效率和出光性能。
GaN薄膜技术的几点突破
1999年微 细 加 工 技 术№.1第1期M icrofab ricati on T echno logy1999GaN薄膜技术的几点突破谢崇木(天津电子材料研究所,天津300192) 【摘要】 简单回顾了半导体短波长激光器的发展过程,归纳了GaN基LD(激光器)制作中GaN膜的几点技术突破。
关键词:半导体激光器;氮化镓1 引 言GaN及相关的三元A lGaN、四元A lGa InN合金,是近年重点研究的 2 族氮化物半导体材料。
它们具有直接迁移型能带结构,是实现短波长半导体激光器的理想材料。
在彩色电致发光显示、激光打印、高密度信息存储、水下通信等领域有广阔的用途。
又由于其波长特别适宜于高密度DVD(数字视频光盘)的应用,有力地刺激了GaN2L ED(发光二极管)和LD的迅速发展。
特别是近年来,集许多研究成果(如异质结外延技术、选择外延技术、半导体微结构形成技术、包括M B E、M O CVD等技术在内的成果)之大成,使得GaN基外延膜的生长技术,无论是在膜结晶质量的提高、n型掺杂的改进、P型掺杂的获得、缺陷控制以及InGaA l N组份和波长关系的控制等方面都取得了急速的进步,可以说获得了一系列突破性进展。
在短短的一年多时间里,GaN基LD实现了从脉冲到连续波工作的升级,寿命从秒级上升到了数千小时,为实用化打下了坚实的基础。
2 短波GaN基LD进展附表举出日亚化学公司中村小组的一组数据为代表,说明GaN基激光器的进展情况。
3 主要的技术突破311 外延设备技术在60年代半导体激光器开发初期,GaA s激光器研制成功以后,GaN也曾一度成为研究 收稿日期:1998—09—08热点。
但由于GaN体单晶制备困难和外延技术的限制,未能取得明显进展。
附表 中村小组的GaN基激光器一组数据。
时 间阈值电流(mA)阈值电压(V)工作方式工作温度寿 命结构文 献199619180～24脉冲室温M QW〔1〕199611121011连续233K30m in M QW〔2〕199********连续室温1s M QW〔3〕199********连续室温27～35h M QW〔4〕199718754.3连续室温300h M QW〔5〕199719485连续室温1150h M D2SL S2M QW〔6〕19971109053416419连续室温50℃104h>103hM D2SL S2M QW〔7〕随着外延技术和设备技术的发展,特别是80年代以后,M B E(分子束外延)、M O CVD(有机金属化学气相外延)等方法日趋成熟,给GaN膜的生长带来新的生机。
《GaN基蓝光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》范文
《GaN基蓝光激光二极管外延结构设计及其光电性能研究》篇一摘要：本文针对GaN基蓝光激光二极管（Blue Laser Diode，BLD）的外延结构设计及光电性能进行研究。
通过对外延结构的详细设计和优化，旨在提升蓝光激光二极管的光电转换效率和激光输出功率。
本文首先介绍了GaN材料的基本性质和蓝光激光二极管的发展背景，然后详细阐述了外延结构的设计原理和实验方法，最后通过实验数据和结果分析，验证了所设计外延结构的有效性，并对其光电性能进行了深入研究。
一、引言随着信息技术的快速发展，蓝光激光二极管（BLD）因其高亮度、高分辨率和长寿命等优点，在光存储、光通信和显示技术等领域得到了广泛应用。
GaN基蓝光激光二极管是其中的关键器件，其性能主要取决于外延结构的设计和优化。
因此，对GaN基蓝光激光二极管的外延结构设计及其光电性能的研究具有重要意义。
二、GaN材料的基本性质GaN（氮化镓）是一种重要的半导体材料，具有宽带隙、高电子迁移率和高热导率等特性，是制造蓝光激光二极管的理想材料。
然而，GaN材料的生长过程复杂，对外延结构的设计和制备工艺要求较高。
三、外延结构设计原理与实验方法1. 设计原理：本研究首先确定了外延结构的基本组成，包括缓冲层、n型GaN层、量子阱活性层以及p型GaN层等。
针对蓝光激光二极管的特殊要求，对外延结构进行了优化设计，旨在提高载流子浓度、降低阈值电流和提高光束质量。
2. 实验方法：采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备外延结构。
通过调整生长温度、气体流量和掺杂浓度等参数，实现了对GaN基材料的高质量生长。
四、实验结果与分析1. 形貌与结构分析：通过原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）等手段，对外延结构的表面形貌和晶体结构进行了分析。
结果表明，优化后的外延结构表面平整度提高，晶体质量得到显著改善。
2. 光电性能测试：对制备的蓝光激光二极管进行了光电性能测试，包括阈值电流、输出功率、光束质量和寿命等。
ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理
ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理一、本文概述氧化锌（ZnO）作为一种宽禁带直接带隙半导体材料，因其独特的物理和化学性质，在发光二极管、太阳能电池、透明导电薄膜、气体传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，ZnO中本征缺陷和掺杂的存在对其性能产生了显著影响。
因此，深入研究ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理，对于优化ZnO基器件的性能和推动相关领域的科技进步具有重要意义。
本文旨在全面综述ZnO中本征缺陷和掺杂与发光的关系及其作用机理。
我们将介绍ZnO的基本性质和制备方法，为后续研究奠定基础。
接着，我们将详细分析ZnO中的本征缺陷类型及其对发光性能的影响，包括氧空位、锌空位、锌间隙原子等。
在此基础上，我们将进一步探讨掺杂元素对ZnO发光性能的影响，包括掺杂类型、掺杂浓度等因素。
我们将总结ZnO中本征缺陷和掺杂的作用机理，并提出未来研究方向和潜在应用。
通过本文的综述，我们期望能够为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，推动ZnO基器件的性能优化和科技进步。
二、ZnO的本征缺陷与发光ZnO作为一种宽禁带半导体材料，其本征缺陷在发光性质中起着至关重要的作用。
ZnO的本征缺陷主要包括锌间隙原子(Zn_i)、氧空位(V_O)、锌空位(V_Zn)以及反位缺陷(O_Zn和Zn_O)等。
这些缺陷的存在不仅影响了ZnO的电子结构，还在很大程度上决定了其发光性质。
锌间隙原子(Zn_i)和氧空位(V_O)作为施主型缺陷，它们可以在ZnO的导带中引入额外的电子，从而改变其电子浓度和费米能级位置。
这种电子浓度的变化会进一步影响ZnO的光致发光(PL)性质，导致可见光波段的发光增强。
锌空位(V_Zn)和反位缺陷(O_Zn和Zn_O)通常作为受主型缺陷存在，它们可以在价带中引入空穴。
这些空穴与导带中的电子复合时，会释放出能量，表现为发光现象。
特别是深能级缺陷，如锌空位和反位缺陷，它们的发光通常位于近红外或红外波段，对于ZnO在光电器件中的应用具有重要意义。