郭齐[1]（2021）在《氮化镓基柔性LED器件的研究》文中提出近年来,应用于可穿戴和生物电子的柔性和可拉伸的光电器件得到广泛的关注。基于GaN基高亮度发光二极管（HPLED）和微发光二极管（Micro-LED）柔性显示器成为未来极具前景的研究方向。LED芯片小型化的具备高效率长寿命高分辨率等优势,但随着尺寸变小,工艺制造和柔性化转移更加复杂。同时由于自热效应,LED工作时会产生大量的热,这降低了器件的量子效率和可靠性。因此降低LED的自热效应一直是LED在高亮度和集成化应用中的难点。本论文立足于GaN基柔性LED的制备与理论建模,系统研究了压电电子学效应对LED弯曲状态下的光学、电学和热学性能的调制特性。本论文的主要研究工作由下面三个部分组成:1.GaN基LED器件制备与柔性化运用微纳加工工艺制备了硅衬底上的InGaN/GaN MQW LEDs,并运用深硅刻蚀工艺减薄了LED的硅衬底,实现了器件的柔性化。同时研究了LED的柔性转移技术,制备了一种LED转移后的水凝胶柔性基底。2.压电光电子学效应调制GaN基柔性LED系统研究了柔性弯曲的过程中外应力对柔性LED自热效应、发光强度、电学特性的影响,并且首次证明了压电光电子学效应有效地抑制了自热效应。与传统的LED相比,施加0.1%的外部应变时,LED的发光强度提高了26.6%,工作温度在施加6 V和7 V的偏置电压的情况下分别降低了50.00%和47.62%。3.柔性GaN基LED的理论模型基于压电光电子学效应的基本原理,运用压电本构方程、薛定谔方程、泊松方程、费米黄金定律建立了自洽耦合模型。该模型系统地讨论了外部应变感应的压电势对柔性LED中载流子的产生,传输,分离和复合的影响,分析了柔性LED弯曲受力状态下的光电特性的物理机理,给出了GaN基柔性LED的实验结果的理论证明。
张继业[2]（2021）在《近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究》文中研究指明外部光学结构可以作为垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL）的外腔,使VCSEL的输出功率、光束质量得到提高。外部光学结构可以通过外腔镜、光栅、倍频晶体等等实现相应的功能。外腔镜和垂直腔面发射增益芯片构成光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（Optically-pumped vertical-external-cavity surface-emitting laser,VECSEL）,采用外部光注入的方式使VECSEL产生激光激射。VECSEL综合了面发射半导体激光器和光泵浦固体激光器的优点,在实现高功率输出的同时,还能保证激光具有高的光束质量与良好的光斑形貌。同时,由于这种结构拥有一个灵活的外腔,可以在腔内放置频率转换、波长调谐或锁模功能的各种光学元件,结合半导体材料宽的激光光谱范围,这种外腔式的面发射激光器结构具有极宽的光谱覆盖范围。因此,VECSEL技术一经出现,即获得了人们的广泛关注。VECSEL用的增益芯片内部各外延层无需掺杂,避免了半导体材料掺杂带来的光吸收等问题,但是VECSEL实现高功率输出的关键在于要有高增益的内部发光区结构。本文采用PISC3D商用软件开展了980 nm波段的VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度和温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,采用双侧Ga As P应变补偿的发光区具有更理想的增益特性。通过Sellmeier公式,探讨了作为DBR反射镜的AlxGa1-xAs材料体系,利用传输矩阵分析了VECSEL中的DBR反射镜的反射谱以及微腔中光场强度的分布特性。经过对VECSEL器件的设计和理论仿真,VECSEL器件实现输出功率达到9.82 W,并且没有饱和;通过改变外腔镜的反射率,VECSEL的激射波长随泵浦功率漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,说明了外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,进而影响VECSEL的输出功率。所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激射光斑呈现为良好的圆形。通过对比非线性晶体特性,确定采用LBO做倍频晶体,完成了腔内倍频实验,实现了光束质量M2小于2的488 nm蓝光超过3W的激光功率输出。在980nm波段的VECSEL的基础上,开展了1160nm波段的VECSEL器件结构的设计。由于需要采用高In组分的In Ga As材料作为量子阱,导致高应变的产生,容易产生应变积累效应。为解决应变积累效应,提出了二次应变补偿的设计结构,即先用低P组分的Ga As P作为势垒,再采用高P组分的Ga As P作为应变补偿层。在器件完成制备后,在增益芯片控温-20℃时,实现了最大激光功率1.02W的1164nm波长的激射,其在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°,光斑形貌为圆形对称结构,均匀性较好。在VECSEL谐振微腔中,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益失谐的设计,提出了一种950 nm和1000 nm波长可转换的VECSEL,实现了超过2 W的最大输出功率。随着泵浦功率的增加,光束质量M2的变化趋势在整体上是下降的。这种可切换的波长操作为仅使用线性腔实现高功率双波长发射提供了一种新的可能性。另外,针对传统的VCSEL缺少对偏振特性的控制能力,研究人员采用多种方法来稳定VCSEL的偏振状态,例如使用精细的金属交错光栅、外部光反馈、电光双折射、光子晶体和高对比度光栅等结构。然而,利用这些复杂的工艺实现VCSEL的大规模制造是非常困难的。因此,在本文中,我们通过增强氧化层的各向异性氧化,提出一种带有梭形氧化孔径的VCSEL,能够实现模式和偏振的控制。对于尺寸为2×4.6μm2和3×6μm2的氧化孔径,VCSEL的正交偏振抑制比分别为22 dB和19 dB。对于孔径为2×4.6μm2的VCSEL,在0.5 m W的输出功率下,边模抑制比超过25dB。最后,实现了单横模单偏振的VCSEL的设计和制造。
李佳平[3]（2020）在《面向短波长通信的GaN微腔激光器》文中研究指明近二十年来,芯片之间的通信以及整个处理器系统与存储系统之间的通信已经成为影响系统性能的限制因素,而集成光子学能够以低功耗大带宽,解决片上通信、片上互联以及片外通信的发展瓶颈。然而要实现光子集成系统首先要解决的就是片上光源。而Ga N基宽禁带半导体激光器,尤其是Ga N回音壁（WGM）激光是利用光学全反射将光有效的束缚在腔体内,光学损耗极其微弱,具有高品质因子和低阈值的激光特性,是实现片上通信理想的片上光源,一直是光电器件研究领域的热点之一。本论文主要从激光的Q值,激光模式,激光辐射方向,激光光场能量分布等方面来研究Ga N WGM紫外激光。为了实现高Q值低阈值的单模Ga N紫外激光,我们利用微纳加工工艺设计并制备直径为4.98)侧壁带周期光栅的Ga N悬浮微盘激光器,侧壁的环形光栅类似于DBR光栅,能够对激光的模式进行选模,在室温下通过光泵浦激光实验,获得了单模高Q值的紫外WGM激光。另外光与物质相互作用过程中,控制微腔能量自发辐射以及微腔内外的光场分布是非常重要的。为了控制激光的辐射方向以及微腔的能量分布,我们通过微纳加工手段设计并制备了圆盘带狭缝的Ga N悬浮微盘激光器。与传统的WGM模式相比,带垂直狭缝的微盘结构能够将微腔的相当一部分能量集中在空气狭缝中,非常有利于提高微腔与物质相互作用效率,这对于实现高灵敏度的传感器是很有帮助的。此外,垂直狭缝结构能够改变微腔中的光路,获得高质量激光的定向发射,而且定向发射激光可以提高收集效率,促进电子器件和光子器件的集成。在此基础上,我们还尝试性进行了电泵浦光电器件的研究。利用微纳加工工艺设计并制备了不同尺寸的微Ga N发光二极管（-LED）。通过测试电致发光光谱发现,小尺寸-LED的单位面积发光强度要比大尺寸-LED的单位强度要强,因此可以在Si基Ga N平台上实现高效表面发射器件。此外,我还进行电泵浦Ga N基激光器的尝试研究,利用微纳加工工艺设计并制备了直径758)“车轮”状悬空Ga N基微腔LED,通过电泵浦驱动的方式获得了蓝光波段的输出。与未悬空器件性能进行了对比分析,发现悬空之后的器件发光半高宽变窄,发光效率提高,虽然湿法悬空刻蚀工艺使器件电极的欧姆接触受到影响,影响了电学性能,但仍然证明了有一定的腔体效应存在。论文首先研究了光泵浦微腔的激光性能,然后进一步从提高微腔增益,降低损耗的角度尝试进行了电泵浦微腔激光器研究,本论文的研究为微腔激光器的设计和制备提供重要的技术支持,对于设计新型的Ga N基WGM激光器有重要意义。
吴耀政[4]（2020）在《GaN基材料的分子束外延及其发光器件的制备与表征》文中研究表明作为宽禁带直接带隙半导体,Ⅲ族氮化物材料体系的禁带宽度覆盖了从紫外光波段到可见波段再到近红外波段,广泛应用于固态照明器件及紫外光电子器件之中。GaN基LEDs在节能减排、环境保护等方面相比于传统照明光源有着巨大的优势。经过几十年的发展,得益于材料质量的不断提高和新型器件结构的设计,LED的发光效率得到不断地提高,被广泛应用于照明、背光源等领域。然而,如何提高长波长GaN基LEDs的发光效率,并将其应用于高分辨显示、可见光通讯等领域中,仍旧是科研工作者关注的前沿问题之一。本文采用分子束外延技术,围绕提高长波长LEDs的发光效率,尝试采用“自下而上”和“自上而下”两种方法制备微型LEDs结构和InGaN/GaN多量子阱纳米柱结构,研究了其材料外延生长机制和器件的光电特性。得到了如下结论:1.针对MBE外延GaN界面处位错难于控制这一问题,本文研究了表面Ga原子层控制、N等离子体辅助热分解以及N等离子体循环刻蚀等技术。研究结果表明:表面Ga原子层控制技术的引入,精确控制了外延过程中样品衬底表面金属原子层的厚度;N等离子体辅助热分解技术的研究,有效解决了样品衬底表面氧化层的存在;N等离子体循环刻蚀技术的探索,成功抑制了外延界面处不良微结构的产生。借助于RHEED以及TEM等表征手段证实了采用上述技术路线在自支撑GaN衬底上制备的同质GaN外延薄膜的位错密度可以降低至5×105 cm-2。2.针对绿光LED器件的发光效率低的问题,本文利用PA-MBE技术在绿光LED外延片上外延出具有n++/n+结构的GaN外延层,从而与LEDs外延片顶部p+-GaN形成p+/n++/n+结构的隧道结。利用MBE对外延层界面控制的优势以及通过对GaN外延层的重掺(≈1020/cm3)有效降低了隧道长度,提高了正向小偏压下载流子的带间隧穿概率。与传统结构的Micro-LEDs相比,隧道结的引入不仅简化了器件的制备工艺,而且还提高了器件的发光效率。在注入电流密度为32A/cm2时,隧道结Micro-LEDs和传统结构的Micro-LEDs的Droop衰减比率分别为75%和53%。3.采用PA-MBE技术在Si（111）衬底上采用Al N成核层进行自组装GaN纳米柱的生长,以及GaN纳米柱基长波长InGaN/GaN多量子阱结构的外延生长。提出采用高温退火氮化技术对低温沉积的金属Al进行处理来抑制GaN纳米柱底部寄生GaN的生长;分析并提出了该生长条件下Ga吸附原子的运动扩散模型;探索了生长温度及Ga/N比对自组装GaN纳米柱形貌的影响;通过控制不同量子阱的生长温度,实现波长在橙、红光范围的长波长复合光InGaN/GaN纳米柱多量子阱结构的制备。
吴浩城[5]（2020）在《氮化镓基绿光谐振腔发光二极管》文中认为氮化镓基发光二极管（Light-Emitting Diode,LED）具有驱动电压低,温度特性好,效率高和材料绿色环保的特点,已被人们深入研究并广泛应用在照明、显示、测量和通信等领域。但普通的发光二极管结构由于全反射的影响,提取效率低。谐振腔发光二极管（Resonant cavity green light-emitting diode,RCLED）具有实现高提取效率、高频谱纯洁度、高温度稳定性和高调制带宽的潜力。此外,绿光LED需要应用高铟组分铟镓氮量子阱;高铟组分导致晶格失配和大的应力,进而带来缺陷和极化问题,最终使光效恶化。本文利用数值仿真的方法研究高出光功率的绿光RCLED。首先进行谐振腔长和分布式布拉格反射镜（Distributed Bragger Reflector,DBR）对数的优化,给出了经过结构优化后的绿光RCLED的基本性能;引入了三种梯形渐变量子阱,提升芯片内量子效率;研究了器件芯片尺寸和温度对RCLED性能的影响;分析了极化电荷密度、俄歇（Auger）复合系数和肖克莱-里德-霍尔（Shockley Read Hall,SRH）复合寿命对于氮向非对称梯形量子阱（Nitrogen face-oriented inclination asymmetric trapezoidal QWs,NOAT-QWs）和常规量子阱（Symmetric square QWs,SS-QWs）的影响。结果表明,随着谐振腔厚度增加,出光功率发生震荡,出光功率（Light Output Power,LOP）达到极大值时n-GaN和p-GaN的厚度分别为1710和200nm,极大值与极小值相差1.45倍。随着DBR对数增加,RCLED的LOP和半高全宽持续下降,因此需要根据应用场景选择DBR的对数。与常规量子阱的绿光RCLED相比,应用了渐变量子阱的绿光RCLED的内量子效率提升了30%,LOP最高提升1.53倍。在相同的电流密度下,随着尺寸的增加,发光面积增大,辐射总量增大,出光功率增大。小尺寸芯片虽然光功率低,但是内部热源密度也低,内量子效率较高,量子阱辐射谱温度稳定性好。高温易导致电子泄漏,使得芯片性能下降。在存在极化场的情况下,采用NOAT-QWs的RCLED总比SS-QWs RCLED的光效要高。而对于无极化情况,SS-QWs提升了空穴浓度的均匀性,因此效率要高于NOAT-QWs RCLED。对具有各种Auger复合系数和SRH复合系数的RCLED中,小尺寸芯片的光效总是要优于大尺寸芯片,且NOAT-QWs RCLED的性能总是要优于SS-QWs RCLED,即,无论非辐射复合系数增加还是减少,NOAT-QWs都表现出更优异的性能。
江兴安[6]（2019）在《GaN/Si基绿光LED外延设计与效率提升研究》文中进行了进一步梳理多基色无荧光粉高品质白光照明被认为是半导体固态照明的终极方案,也是InGaN基LED的研究重点和发展方向。然而,在长波段区域（>500 nm）,由于InGaN/GaN有源区晶体质量退化和内部存在的强极化电场等原因,导致GaN基LED的发光效率急剧下降,即众所周知的“黄绿光鸿沟”。提升GaN基黄绿光波段的发光效率是实现多基色LED白光照明的关键性问题,目前仍存在着诸多技术挑战。在此背景下,本文在国家硅基LED工程技术研究中心的平台上,主要围绕Si衬底GaN（GaN/Si）基绿光LED外延设计和效率提升展开了较系统的研究工作,研究了有源区生长、准备层结构设计对GaN/Si基绿光LED性能的显微结构及发光性能的影响。取得的研究成果如下:1.研究了GaN/Si基绿光量子阱（QW）的热稳定性。研究发现,高温p型层的生长会引起低温生长的InGaN QW发生严重的In扩散,导致大量的FL暗点形成。进一步研究发现,In扩散起始于富In团簇,在富In团簇中观察到大量的失配位错/堆垛层错,在In扩散严重的区域,In原子几乎被耗尽,导致InGaN QW缺失。通过在生长完QW保护层后使用大流量的H2清洗Cap覆盖层,能有效地消除InGaN/GaN界面处的富In团簇等缺陷,并显着提高InGaN量子阱的热稳定性和绿光LED器件的发光效率。研究还发现,较厚的Cap保护层有利于获得陡峭的InGaN/GaN阱垒界面,提升LED器件在大电流下的发光效率,但同时也会恶化InGaN量子阱的晶体质量。2.研究了InGaN/GaN超晶格（SLs）、传统式InGaN/GaN蓝光多量子阱（BMQWs）和三段式InGaN/GaN蓝光多量子阱准备层对GaN/Si基绿光LED性能的影响。研究发现,相较于BMQWs,采用SLs作准备层,有利于降低电压,避免芯片”回”字发光、提升发光效率和抑制漏电流,原因归结于高效的电子注入、更大尺寸的V形坑。相较于芯片中心区域,芯片的边缘区应力驰豫更大,由此导致的异质结势垒高度更低,是导致芯片”回”字发光的内在原因。采用高In组分的InGaN/GaN蓝光量子阱作准备层时,关键在于提升准备层自身的晶体质量、增大V形坑和提高电子注入效率问题。3.研究了具有两段式InGaN/GaN超晶格准备层（SPL）对GaN/Si基LED器件性能的影响并对其物理机理进行了阐述。通过理论模拟,首次揭示了由于两段SPL准备层间存在应变极化,在界面处形成了三角状的异质结势垒,导致LED器件的电压急剧升高,发光效率急剧下降和严重的芯片”回”字发光行为。严重的芯片”回”字发光会导致在EQE,WPE和I-V曲线中出现“驼峰”。通过在两段SPL之间生长一层厚约10 nm的GaN垒层并重掺Si(Si掺杂浓度为3×1018/cm3),能有效地消除两段SPL间的界面异质结势垒,电压大幅度下降,发光效率大幅度提升,同时解决了芯片的”回”字发光行为,实现了理论模拟与实验结果自洽吻合。采用此二段式超晶格准备层结构生长的的绿光LED器件,在35A/cm2电流密度下,EQE和WPE效率分别为41.8%和34.7%,峰值波长为516nm。本研究成果对后续优化多段式超晶格准备层结构具有重要的参考价值。
江佳霖[7]（2019）在《硅基张应变锗光源的技术研究》文中研究指明随着信息技术日新月异的的发展以及“大数据”、“万物互联”等概念的提出,当今社会的信息量正呈现爆炸式的增长态势。海量信息的产生,对信息的处理、传输和存储都提出了前所未有的要求。过去的几十年里,信息产业的兴盛得益于集成电路技术的不断进步。然而,随着半导体工艺逐渐接近极限,集成电路的性能提升速度日趋缓慢。另一方面,微电子器件中传统的电互连方式也在高速、高集成密度的情况下表现出性能瓶颈。为了寻求高速、低能耗的信息处理和传输方案,人们开始将目光投向光子学技术。硅基光子学是一个被寄予厚望的技术方向。首先,利用光子技术的高速性、并行性以及低损耗性等优势,电学领域中信息处理和传输的瓶颈问题将迎刃而解。其次,硅光子技术延续了微电子产业长期研发投入的硅材料工艺,即互补金属氧化物半导体（Complementary metal oxide semiconductor,CMOS）工艺,因而能较好地与现有的微电子技术兼容并且具有很低的制造成本。此外,由于其高度集成化的特点,硅光子技术还能在光谱学、传感等领域颠覆传统的光学技术。虽然硅基光子学在过去二十年里取得了令人瞩目的成就,但最为核心的单片集成硅基光源却仍然没有理想的解决方案,这极大限制了硅光子技术的应用与进一步发展。在国家自然科学基金重点项目的资助下,本论文围绕着硅基张应变锗光源,开展了一系列理论分析、器件设计以及实验验证研究,取得的创新性研究成果如下:（1）建立了一套分析应变体材料锗以及应变锗硅量子阱光增益特性的理论模型。该模型包括Γ点和L点附近的能带结构计算、直接带隙光增益计算以及自由载流子吸收计算。基于此模型,能够分析应变以及n型掺杂对材料净光增益谱的影响。因此其可以作为设计应变体材料锗和锗硅量子阱光源的理论框架。（2）计算了单轴张应变、n型掺杂Ge/SiGe量子阱的净光增益谱,并分析讨论了应变量和n掺杂浓度对净增益峰值和透明载流子浓度的影响。理论计算结果表明,单轴张应变将使Ge/SiGe量子阱TE偏振光的增益大于TM偏振光。同时,单轴张应变对材料净光增益有显着的增强作用,对透明载流子浓度有明显的降低作用。在合理的应变量（4%）以及n掺杂浓度下(1×1019 cm-3)下,Ge/Si0.15Ge0.85量子阱的净光增益可达到2061 cm-1。（3）提出了一种基于单轴张应变体材料锗的电驱动分布式布拉格反射器激光器,该激光器利用微桥结构引入张应变,利用水平纵向pn结注入载流子,利用脊形波导和波导侧壁布拉格光栅构成光学谐振腔。结合力学、光学以及半导体电输运仿真,分析了应变量和n掺杂浓度对激光器阈值电流密度以及内量子效率的影响。仿真结果显示,在当前的材料晶体质量下,阈值电流密度为80 kA/cm2,通过优化材料质量可以将阈值电流密度降低到29 kA/cm2。为了与传统垂直注入激光器比较,对电流密度进行了等效校正,等效后的阈值电流密度为4.8 kA/cm2,与双异质结Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器在同一量级。（4）对比了单轴张应变体材料锗和锗硅量子阱激光器的阈值特性。提出了基于大反射带宽弧形光栅的DBR谐振腔结构,使器件的制作容差得到较大改善。仿真结果表明,在同等张应变下,锗硅量子阱激光器的阈值电流密度要远高于体材料锗激光器。通过理论计算和仿真分析,解释了锗硅量子阱激光器具有较高的阈值电流密度是因为其Γ点和L点之间的能态数目更大,并且载流子的电注入效率较低。（5）利用悬空微桥结构实现了单轴张应变锗硅量子阱。观察到应变导致的拉曼峰漂移以及光致发光峰红移。光致发光峰从1450 nm移动到1800 nm,据此推测出阱区张应变达到2.1%。同时,还观察到张应变对锗硅量子阱的光致发光有显着增强作用。（6）提出并实现了一种基于水平纵向p-i-n结的单轴张应变锗发光二极管。拉曼映射测试显示,器件的有源区中引入了1.76%的单轴张应变,且应变分布较为均匀。器件表现出良好的电学性能:电流开关比为105,理想因子为1.92。电致发光测试中,观察到直接带隙发光峰从1580 nm移动到1840 nm,与理论计算吻合较好。此外,证实了单轴张应变对锗的电致发光具有增强效应,电致发光积分强度的增强因子为16。该方案为实现低阈值电驱动应变锗激光器提供了一种途径。
黄堃[8]（2016）在《微纳结构提高光伏与LED器件效率研究》文中研究说明由于微纳结构所具备的各种光学特性,使得它能在光电器件中被广泛引入以实现其的性能的改进。本论文研究关注能源的高效利用,以光伏和LED器件为研究对象,综合考虑目前微纳加工主要技术手段来提升薄膜硅太阳能电池和集成LED器件效率。论文实验研究之外,先用计算机模拟计算的方式,在严格耦合波分析的算法下分析计算了各种典型周期性光栅的衍射特性。并将这种模拟的衍射现象引入到薄膜硅太阳能电池的设计上,提升光伏器件对太阳光的吸收能力。在对太阳能电池的模拟研究部分,对非晶硅薄膜太阳能电池引入波浪形光栅的设计。基于二维模型下模拟计算了非晶硅薄膜太阳能电池对AM1.5太阳谱的吸收特性,分析出当波浪形光栅周期设定在0.5μm时相对平整的参考电池模型有最大46.44%的吸收提高。而在三维模拟下对薄膜晶硅太阳能电池中引入六角密排拱阵列设计出基于六角密排拱阵列的薄膜晶硅太阳电池。通过模拟计算引入了六角密排拱阵列的薄膜晶硅太阳能电池吸收性能,并分析出阵列最佳周期值在0.70μm时相对参考电池模型最大吸收提高达到45.13%。本论文的实验研究部分主要实施微阵列结构的加工制备,以及将制备出的微阵列引入到相关器件上。这部分研究详细介绍了玻璃衬底上制备微球孔阵列的工艺流程和PSS工艺以及从PSS工艺制得的蓝宝石上复制微阵列结构的工艺流程,并且对制备出的微阵列进行了表征、光学测量和材料表面性能测试。玻璃基底上制备的微球孔阵列引入到非晶硅薄膜太阳能电池的前衬入光面后实现了太阳能电池性能的提升,短路电流增加了7.66%,最大转换效率提高了5.33%。PDMS上复制出的微锥孔阵列引入到非晶硅薄膜太阳能电池上也实现了短路电流7.97%的增加和最大转换效率8.8%的提升。在对集成LED器件封装工艺的研究中,引入微阵列到器件的封装聚合物上的方式实现了器件出光效率的提升。在同种测试条件下表面带有微阵列结构封装的集成LED器件比常规封装的器件不同注入电流下器件发光效率提高23.41%-24.43%,辐射效率提高22.24%-23.94。全文所研究内容均与微纳结构光学特性密切相关,实验中所用技术以低成本工艺为主并考虑器件的兼容性。论文主要创新点包括:利用计算机模拟的方式设计了两种带微纳结构的薄膜硅太阳能电池模型,分析了基于低深宽比微纳结构的薄膜太阳能电池吸收性能;根据非晶硅薄膜太阳能电池的结构特性,引入微阵列结构在太阳能电池的前衬入光面,实现光伏器件更加有效的吸收太阳光,提升了器件的转换效率;根据集成LED器件的封装特点,在封装聚合物上引入微阵列结构实现了出光效率的提升。随着微纳加工技术的不断改进和光伏与LED器件的不断推广,运用更新与更为成熟的技术改进光电器件的转换效率会受到更多的关注。
周圣军[9]（2011）在《大功率GaN基LED芯片设计与制造技术研究》文中进行了进一步梳理基于大功率发光二极管（Light Emitting Diodes,LEDs）的半导体照明被认为是最有可能进入普通照明领域的一种新型节能照明光源。半导体照明广泛应用的关键是提高氮化物LED芯片的发光效率。影响LED芯片发光效率的因素主要有两个,一个是电子转化为光子的效率,一般也称内量子效率,一个是光子从LED芯片内部出射的效率,一般也称为取光效率,两者共同决定了LED芯片的发光效率。因此探索提高LED芯片内量子效率和取光效率的方法得到了广大学者的关注。然而目前的研究主要集中在小功率LED芯片。另一方面,大功率LED芯片的性能与其制造过程密切相关,芯片制造过程中的每一步工艺都会对LED发光效率、可靠性、耐久性等产生重要影响。然而,目前许多与大功率LED芯片制造相关的关键技术问题尚未完全解决,使得对大功率LED芯片的优化设计以及制造工艺中材料选择、工艺参数控制等缺乏实验数据的支撑。因此针对上述存在的问题,本文采用理论研究、数值模拟及实验研究的手段来研究提高LED芯片取光效率的新途径,并分析大功率LED芯片设计和制造过程中材料、结构和工艺参数对LED芯片性能的影响机制以及各制造工艺之间的相互关系,具体研究内容包括如下几个方面:1)采用基于几何光学理论的蒙特卡罗光线追迹法全面地分析了LED芯片的结构参数以及材料属性对芯片取光效率的影响。基于有限元算法建立了LED芯片三维电-热耦合模型,该模型综合考虑LED芯片中的电流扩展、热的产生和传递过程,分析了大功率LED芯片的电极几何形状、ITO（Indium Tin Oxide）透明导电层以及台阶深度对芯片有源区电流扩展性能及温度分布的影响规律。提出通过在大功率LED芯片上同时集成蓝宝石图形衬底技术和图形化ITO技术提高大功率LED芯片取光效率的方法,采用蓝宝石衬底上形成的周期性分布的半球形图形打破GaN材料与蓝宝石衬底之间的全反射界面,采用ITO透明导电薄膜上形成的周期性分布和随机分布的圆形和六边形图形打破p-GaN与ITO透明导电层以及ITO透明导电层与空气之间的全反射界面,从而显着的提升LED芯片光功率。2)为了实现GaN材料的高速率、低损伤干法刻蚀技术,对电感耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma, ICP）刻蚀技术进行了详细的研究。采用Cl2/BCl3混合气体对GaN外延层进行刻蚀,通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM ）、原子力显微镜（ Atomic Force Microscopy, AFM ）、光致发光（Photoluminescence, PL）谱测试等表征手段研究了ICP刻蚀工艺参数主要包括气体组分、ICP功率、RF功率和反应腔体压强对GaN刻蚀速率、微结构形貌、表面粗糙度、缺陷以及光致发光谱强度的影响规律。提出采用两步刻蚀方法对GaN外延层进行深刻蚀,第一步刻蚀用于满足刻蚀的速率和深度,第二步刻蚀用于去除第一步刻蚀对GaN材料造成的损伤。分析并得出了ICP刻蚀工艺中对GaN进行深刻蚀和浅刻蚀两种不同情况下的最优工艺参数。3)采用微加工技术主要包括光刻工艺、刻蚀工艺、薄膜淀积工艺、剥离工艺和研磨抛光工艺等制作本文所设计的LED芯片结构。采用剥离工艺制作金属电极图形;采用ICP干法刻蚀技术在蓝宝石衬底上形成直径为3.5um、高度为1.2um的半球形图形;采用湿法腐蚀技术在ITO透明导电薄膜上形成周期性分布和随机分布的圆形图形和六边形图形。为实现垂直结构LED芯片的低损伤衬底剥离,研究了一种采用机械研磨、化学机械抛光（CMP）和ICP干法刻蚀技术相结合剥离蓝宝石衬底的方法。4)建立了新型的LED芯片特征参数（光学、电学、热学和色度学参数）测试系统。提出采用曲线拟合法和查表法快速计算LED主波长的方法,使LED芯片主波长的计算精度达到0.1nm。基于建立的LED芯片特征参数测试系统,对本文所设计并制作的LED芯片进行了测试,分析了蓝宝石图形衬底技术对大功率LED芯片光功率的影响,研究了ITO透明导电薄膜上图形的形状、直径、间距以及分布方式（周期性分布与非周期性分布）对大功率LED芯片光电性能的影响规律。通过对具有不同衬底厚度的大功率LED芯片的结温和I-V特性进行测试,分析了衬底厚度对芯片结温以及I-V曲线的影响规律,并将实验结果与本文所得的仿真结论对比,验证的仿真模型的正确性。
侯仕东[10]（2010）在《GaN基发光二极管光取出分析与模拟》文中认为发光二极管（LED）以其独特的优势已广泛用于显示、交通信号灯和光通信等领域。随着高亮度白光发光二极管（HB-WLED）技术的不断成熟,LED被认为是最有可能进入普通照明的一种“绿色光源”。与传统光源相比,LED具有节能环保、可靠性高、能耗低、效率高、寿命长等特点。近年来LED照明逐渐进入我们的生活,如手电、台灯已经普及到普通家庭,而汽车车灯、路灯甚至室内照明都开始投入市场。成本高、发光效率不高等问题是阻碍LED在照明领域发展的主要因素。目前利用多量子阱技术LED芯片的内量子效率已经做得很高,经分析解决发光效率问题的关键在怎样提高光取出效率。因此找到一些方法和途径来提高LED的光取出效率,成为国内外的研究热点。提高光取出效率必然对LED芯片光学结构和封装光学结构重新设计和优化。为降低研发成本,缩短研发周期,理论分析和计算机分析的方法是关键。常用的理论分析方法有传输矩阵法（TM）、时域有限差分法（FDTD）、有限元法（FE）和光线追迹法（RT）等。文中针对不同层面的运用,分别建立计算机分析模型,编写计算机仿真程序。其中根据Snell law和Fresnel’s law讨论影响LED光取出的基本因素,提出一种基于Monte Carlo的LED光取出计算机模拟方法,通过验证表明改进的方法有较高的模拟效率和准确度。对于提高LED光取出效率,本文就封装折射率和新型结构等模型采用改进的Monte Carlo方法进行模拟,模拟结果表明高折射率涂装材料和新型结构有助于大部分结构LED的光取出;采用传输矩阵法对应用于波长在460 nm附近的GaN基蓝光LED的分布布拉格反射镜（DBR）进行分析,定量描述入射介质、入射角、波长蓝移等因数带来的影响,提出并分析几种宽反射角DBR构造方案,结果显示复合DBR提高全方位反射代价很大,要保证高的反射率,膜层周期数将成倍增加;运用光线追迹法分析并得到采用微结构微元提高光取出效率的最佳微元尺寸范围以及微元形状关系等。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 GaN基柔性LED的研究背景 |
| 1.1.1 GaN的材料特性 |
| 1.1.2 传统GaN基 LED |
| 1.1.3 GaN基柔性LED |
| 1.2 压电光电子学的研究概述 |
| 1.2.1 压电光电子学的基本原理 |
| 1.2.2 压电光电子学效应在GaN基光电子器件的应用 |
| 1.3 本论文的研究内容 |
| 第2章 GaN基LED器件制备与柔性化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 GaN材料生长与表征测试研究 |
| 2.2.1 GaN外延生长技术 |
| 2.2.2 表征和测试 |
| 2.3 GaN基LED器件工艺研究 |
| 2.3.1 实验工艺加工设备 |
| 2.3.2 LED芯片工艺流程 |
| 2.3.3 LED芯片的性能测试 |
| 2.4 GaN基LED器件柔性化 |
| 2.4.1 柔性转移 |
| 2.4.2 柔性基底制备 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 压电光电子学效应调制GaN基柔性LED |
| 3.1 引言 |
| 3.2 功率LED器件结构设计与柔性化 |
| 3.3 压电光电子学效应增强柔性LED发光强度 |
| 3.4 压电光电子学效应改善柔性LED器件自热效应 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 GaN基柔性LED的理论模型 |
| 4.1 压电极化模型 |
| 4.2 一维薛定谔-泊松自洽耦合模型 |
| 4.3 量子阱中的光子跃迁模型 |
| 4.4 理论模拟的结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光泵浦垂直外腔面发射激光器 |
| 1.2.1 VECSEL的由来 |
| 1.2.2 VECSEL的优势 |
| 1.2.3 高功率输出的研究进展 |
| 1.2.4 VECSEL的应用 |
| 1.2.5 VECSEL的研究意义 |
| 1.3 电泵浦垂直腔面发射激光器 |
| 1.3.1 VCSEL研究进展 |
| 1.3.2 VCSEL发展与应用 |
| 1.3.3 单模单偏振VCSEL的研究意义 |
| 1.3.4 单模单偏振VCSEL的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 VECSEL外延结构设计 |
| 2.1 激光操作原理 |
| 2.2 VECSEL的工作原理 |
| 2.3 外腔:形状和设计 |
| 2.4 增益区的设计 |
| 2.4.1 应变量子阱结构模拟 |
| 2.4.2 量子阱的应变 |
| 2.4.3 增益区的数值模拟 |
| 2.5 DBR反射镜设计 |
| 2.6 周期性谐振增益结构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 VECSEL外延生长和制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.1.1 VECSEL的外延生长 |
| 3.1.2 外延生长后特性测试 |
| 3.2 VECSEL封装技术研究 |
| 3.2.1 外延片清洗 |
| 3.2.2 表面金属化 |
| 3.2.3 焊接封装 |
| 3.2.4 外延片衬底刻蚀工艺 |
| 3.3 PL光谱和反射谱 |
| 3.4 VECSEL的热管理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 980nm VECSEL实验研究 |
| 4.1 980nm高功率VECSEL |
| 4.1.1 VECSEL的泵浦方式 |
| 4.1.2 VECSEL输出特性 |
| 4.2 VECSEL倍频特性的研究 |
| 4.2.1 倍频基本原理 |
| 4.2.2 倍频实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 1160 nm VECSEL实验研究 |
| 5.1 1160nm VECSEL基本概述 |
| 5.2 应变量子阱结构模拟 |
| 5.3 器件结构设计 |
| 5.4 输出特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 波长可转换的高功率VECSEL |
| 6.1 双波长VECSEL基本概述 |
| 6.2 器件的性质 |
| 6.3 输出特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面发射激光器的模式控制 |
| 7.1 VCSEL设计 |
| 7.1.1 器件结构描述 |
| 7.1.2 VCSEL的特性参数 |
| 7.1.3 各向异性侧氧化分析 |
| 7.2 器件制备工艺流程 |
| 7.2.1 光刻技术 |
| 7.2.2 刻蚀工艺 |
| 7.2.3 选择性氧化工艺 |
| 7.2.4 工艺流程 |
| 7.3 测试结果与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 论文工作的创新点 |
| 8.3 论文展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 微腔激光器的研究基础 |
| 2.1 半导体材料的发展 |
| 2.1.1 Si、Si C、Ga N材料特性分析 |
| 2.1.2 GaN基外延材料的生长 |
| 2.1.3 GaN基半导体器件的发展 |
| 2.2 微腔激光器 |
| 2.2.1 微谐振腔的基本原理 |
| 2.2.2 半导体内的量子跃迁 |
| 2.2.3 激光产生的基本条件 |
| 2.2.4 微腔激光器的分类 |
| 2.2.5 微腔激光器的应用 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 实验室制备仪器和加工工艺介绍 |
| 3.1 实验室仪器介绍 |
| 3.1.1 微纳加工平台 |
| 3.1.2 光电性能测试平台 |
| 3.2 制备工艺介绍 |
| 3.2.1 光刻工艺 |
| 3.2.2 刻蚀工艺 |
| 3.2.3 光学镀膜 |
| 3.2.4 退火工艺 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 光泵浦Si基GaN微腔激光器 |
| 4.1 晶圆外延结构 |
| 4.2 光泵浦悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.2.1 器件制备流程 |
| 4.2.2 器件性能分析 |
| 4.3 带垂直狭缝悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.3.1 器件制备流程 |
| 4.3.2 器件性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 关于电泵浦Si基GaN微腔激光器尝试性研究 |
| 5.1 Si基GaN微二极管 |
| 5.1.1 晶圆外延结构 |
| 5.1.2 器件制备流程 |
| 5.1.3 Ga N基 μ-LED的性能分析 |
| 5.2 电泵浦“车轮”状Ga N基微腔LED |
| 5.2.1 晶圆外延结构 |
| 5.2.2 器件制备流程 |
| 5.2.3 器件悬空前后性能分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氮化物半导体材料概述 |
| 1.1.1 氮化物半导体材料的发展历史 |
| 1.1.2 氮化物半导体材料的基本性质 |
| 1.2 氮化镓基发光二极管研究现状 |
| 1.2.1 氮化镓基发光二极管发展的制约因素 |
| 1.2.2 几种氮化镓基发光二极管的改进方案概述 |
| 1.3 长波长、高光效氮化镓基发光二极管MBE外延难点及研究现状 |
| 1.3.1 GaN薄膜二次外延技术 |
| 1.3.2 GaN纳米柱及GaN纳米柱基InGaN/GaN量子阱结构 |
| 1.4 论文结构与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 分子束外延技术及常用的表征技术简介 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 氮化物分子束外延系统及其外延原理 |
| 2.3 测试表征方法简介 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 分子束同质外延GaN薄膜的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 分子束外延高质量GaN薄膜技术的研究 |
| 3.2.1 表面Ga原子层控制技术 |
| 3.2.2 表面及界面处理技术 |
| 3.3 分子束外延n型GaN薄膜的研究 |
| 3.3.1 样品的制备及形貌表征 |
| 3.3.2 样品的电学性能测试及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 隧穿结Micro-LEDs的制备及其特性的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 隧道结绿光LEDs结构的外延生长及Micro-LEDs器件的制备 |
| 4.2.1 隧道结绿光LEDs的外延生长 |
| 4.2.2 隧道结绿光Micro-LEDs器件的制备 |
| 4.3 隧道结Micro-LEDs性能分析 |
| 4.3.1 Micro-LEDs结构在提高LEDs调制带宽上的影响 |
| 4.3.2 隧道结Micro-LEDs结构漏电特性研究 |
| 4.3.3 隧道结Micro-LEDs结构光电特性分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 自组装GaN纳米柱的制备及GaN纳米柱基InGaN/GaN多量子阱结构的制备与表征 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 自组装GaN纳米柱的制备及生长机制分析 |
| 5.2.1 金属Al退火温度对纳米柱形貌的影响 |
| 5.2.2 金属Al沉积时间对纳米柱形貌的影响 |
| 5.2.3 N/Ga比对纳米柱形貌的影响 |
| 5.3 InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备与表征 |
| 5.3.1 高In组分InGaN纳米柱的制备与表征 |
| 5.3.2 长波长复合光InGaN/GaN多量子阱纳米柱的制备与表征 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 攻读博士期间发表学术论文、参加学术会议和申请专利情况 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 反射镜 |
| 1.2.2 外延结构优化 |
| 1.2.3 电流限制孔 |
| 1.2.4 温度稳定性 |
| 1.3 本论文主要研究内容 |
| 第二章 绿光RCLED数值仿真 |
| 2.1 数值仿真理论基础 |
| 2.1.1 漂移-扩散模型基本方程 |
| 2.1.2 禁带宽度、极化和非辐射复合 |
| 2.1.3 RCLED光学模型 |
| 2.1.4 热传导与热源 |
| 2.2 绿光RCLED仿真设计 |
| 2.2.1 绿光RCLED腔长设计 |
| 2.2.2 绿光RCLED的 DBR设计 |
| 2.2.3 绿光RCLED基本特性 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 绿光RCLED的量子阱结构设计 |
| 3.1 梯形铟组分渐变量子阱 |
| 3.2 梯形铟组分渐变量子阱RCLED光电特性 |
| 3.3 梯形量子阱RCLED的效率提高机理 |
| 3.4 梯形量子阱RCLED实验结果与讨论 |
| 3.4.1 NOAT-QWs与 SS-QWs RCLED制备 |
| 3.4.2 NOAT-QWs与 SS-QWs RCLED性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 微尺寸绿光RCLED |
| 4.1 微尺寸RCLED |
| 4.2 微尺寸RCLED的光电性能 |
| 4.3 微尺寸RCLED的温度特性 |
| 4.3.1 不同温度下的电学性能 |
| 4.3.2 不同温度下的光学性能 |
| 4.4 微尺寸RCLED的热效应机理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 绿光RCLED性能的影响因素分析 |
| 5.1 极化对芯片性能影响 |
| 5.1.1 基本特性 |
| 5.1.2 影响机理 |
| 5.2 非辐射复合对芯片性能影响 |
| 5.2.1 SRH复合对芯片性能影响 |
| 5.2.2 Auger复合对芯片性能影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 Ⅲ-V族氮化物 |
| 1.2 GaN基 LED技术 |
| 1.2.1 GaN基 LED的发展历史 |
| 1.2.2 GaN基 LED三大技术路线 |
| 1.3 多基色LED合成照明的难点 |
| 1.4 制约长波长GaN基 LED效率提升的二大实际问题 |
| 1.4.1 InGaN量子阱晶体质量恶化 |
| 1.4.2 InGaN量子阱内区的巨大极化电场 |
| 1.5 长波长GaN基 LED效率提升的途径 |
| 1.5.1 有源区生长优化 |
| 1.5.2 准备层设计 |
| 1.5.3 V形坑调控技术 |
| 1.6 本论文的研究内容及行文安排 |
| 第2章 GaN/Si基 LED的生长、制造与表征 |
| 2.1 GaN/Si基 LED的外延生长 |
| 2.2 GaN/Si基 LED的芯片制造 |
| 2.3 GaN/Si基 LED的表征 |
| 第3章 GaN/Si基绿光多量子阱的热稳定性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 GaN/Si基绿光量子阱区FL暗点的研究 |
| 3.2.1 实验 |
| 3.2.2 结果与讨论 |
| 3.3 H_2 处理对GaN/Si基绿光LED性能的影响 |
| 3.3.1 实验 |
| 3.3.2 结果与讨论 |
| 3.4 Cap层厚度对GaN/Si基绿光LED性能的影响 |
| 3.4.1 实验 |
| 3.4.2 结果与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 传统式InGaN/GaN蓝光量子阱准备层对GaN/Si基绿光LED性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 微观结构性能分析 |
| 4.3.2 光电性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 三段式InGaN/GaN蓝光量子阱准备层对GaN/Si基绿光LED性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 微观结构性能分析 |
| 5.3.2 光电性能分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 两段式InGaN/GaN超晶格准备层对GaN/Si基绿光LED性能的影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论和展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基光源的研究历程和现状 |
| 1.3 本论文的主要内容 |
| 1.4 本课题的来源及受资助情况 |
| 2 张应变锗材料发光特性的理论研究 |
| 2.1 锗材料的能带工程 |
| 2.2 张应变体材料锗的能带计算 |
| 2.3 张应变体材料锗的直接带隙光增益和光吸收计算 |
| 2.4 能带与光增益计算中的材料参数 |
| 2.5 张应变Ge/SiGe量子阱的能带计算 |
| 2.6 张应变Ge/SiGe量子阱的直接带隙光增益和光吸收计算 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 单轴张应变锗电驱动激光器的设计与性能分析 |
| 3.1 微桥应变结构 |
| 3.2 激光器的结构设计 |
| 3.3 激光器的性能仿真与分析 |
| 3.4 水平纵向注入激光器电流密度的等效方法 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 单轴张应变Ge/SiGe量子阱与体材料锗激光器的对比 |
| 4.1 直接带隙半导体量子阱相比于体材料的优势 |
| 4.2 张应变Ge/SiGe量子阱与体材料锗激光器的设计与仿真 |
| 4.3 态密度、载流子注入效率与阈值电流密度的对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 单轴张应变体材料锗与Ge/SiGe量子阱的制作和表征 |
| 5.1 锗硅材料的外延生长 |
| 5.2 微桥结构的制作工艺 |
| 5.3 应变材料的表征方法 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于微桥结构和水平p-i-n结的单轴张应变锗发光二极管 |
| 6.1 器件的设计与制作工艺 |
| 6.2 微区电致发光测试系统 |
| 6.3 实验结果与理论分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文和申请专利目录 |
| 附录2 论文中缩略词的含义 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微纳结构制备方法介绍 |
| 1.2.1 多孔阳极氧化铝(P-AAO) |
| 1.2.2 表面微纳球平铺技术 |
| 1.2.3 直写技术(包括激光、电子束和离子束)与半导体微纳加工工艺 |
| 1.2.4 纳米压印技术(Nanoimprint Lithography) |
| 1.2.5 蓝宝石衬底图形化工艺(PSS, Pattern Sapphire Substrate) |
| 1.3 微纳结构在太阳能电池中的应用 |
| 1.3.1 太阳能电池的基本原理 |
| 1.3.2 太阳能电池性能制约因素 |
| 1.3.3 太阳能电池等效电路及相关参数 |
| 1.3.4 微纳结构对太阳能电池的陷光作用 |
| 1.4 微纳结构在发光二极管中的应用 |
| 1.4.1 发光二极管基本原理 |
| 1.4.2 发光二极管主要性能相关参数 |
| 1.4.3 发光二极管光子出射的制约因素 |
| 1.4.4 微纳结构对发光二极管效率的促进作用 |
| 1.5 本论文选题与研究内容 |
| 1.6 参考文献 |
| 第二章 微纳光栅结构光学计算方法与特性分析 |
| 2.1 引言-微纳结构的光学计算方法概述 |
| 2.2 严格耦合波分析(Rigorous Coupled-Wave Analysis,RCWA) |
| 2.2.1 矩形光栅的严格耦合波分析推导 |
| 2.2.2 光栅衍射严格耦合波分析计算实例 |
| 2.3 本章小结 |
| 2.4 参考文献 |
| 第三章 基于微纳结构的薄膜硅太阳能电池吸收性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于波浪形光栅的薄膜非晶硅太阳能电池模型分析 |
| 3.2.1 几何结构建模 |
| 3.2.2 各层材料参数的拟合设定 |
| 3.2.3 模型吸收性能计算分析 |
| 3.3 基于六角密排拱阵列的薄膜微晶硅太阳能电池模型分析 |
| 3.3.1 几何结构模型 |
| 3.3.2 各层材料参数的拟合设定 |
| 3.3.3 模型吸收性能计算分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 3.5 参考文献 |
| 第四章 微阵列结构的制备以及在薄膜非晶硅太阳能电池表面的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微阵列结构的制备 |
| 4.2.1 实验中所用试剂及主要仪器设备介绍 |
| 4.2.2 玻璃上微球孔阵列制备 |
| 4.2.3 图形化蓝宝石衬底工艺与PDMS倒模工艺 |
| 4.3 微阵列结构应用性能测量分析以及对太阳能电池效率的提升 |
| 4.3.1 微阵列结构光学特性分析 |
| 4.3.2 微阵列结构表面浸润性分析 |
| 4.3.3 微阵列结构对太阳能电池性能的提升 |
| 4.4 本章小结 |
| 4.5 参考文献 |
| 第五章 微锥孔阵列结构提升集成LED器件效率研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微锥孔阵列结构封装集成LED器件研究 |
| 5.2.1 实验中所用原料、试剂、加工及检测设备简介 |
| 5.2.2 集成LED器件的组装 |
| 5.2.3 带微锥孔阵列PDMS薄膜的制备及相关测试 |
| 5.2.4 微锥孔阵列结构用于集成LED器件封装 |
| 5.3 微锥孔阵列结构提升集成LED器件效率测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 5.5 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表论文与申请的专利 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究目的和意义 |
| 1.2 LED 简介 |
| 1.2.1 LED 发展历史 |
| 1.2.2 LED 发光原理 |
| 1.3 LED 芯片及国内外研究现状 |
| 1.3.1 LED 外延生长技术与衬底材料 |
| 1.3.2 LED 芯片结构研究现状 |
| 1.3.3 LED 芯片光提取技术研究现状 |
| 1.3.4 LED 芯片欧姆接触电极材料研究现状 |
| 1.3.5 LED 建模仿真研究现状 |
| 1.4 本文的研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 LED 芯片理论建模和结构设计 |
| 2.1 LED 芯片中光子的传输 |
| 2.2 LED 芯片光学建模仿真 |
| 2.2.1 LED 芯片光学建模的数值计算方法 |
| 2.2.2 LED 芯片光学模型 |
| 2.2.3 LED 芯片光学模型中各层材料的折射率 |
| 2.2.4 LED 芯片光学模型中各层材料的吸收系数 |
| 2.2.5 LED 芯片取光效率仿真结果 |
| 2.3 LED 芯片三维电-热耦合模型 |
| 2.3.1 LED 芯片有源区一维特性 |
| 2.3.2 LED 芯片三维电流扩展特性 |
| 2.3.3 LED 芯片中热的产生和传递 |
| 2.4 LED 芯片电流扩展仿真结果及分析 |
| 2.4.1 电极几何形状对电流扩展的影响 |
| 2.4.2 ITO 透明导电层对电流扩展的影响 |
| 2.4.3 台阶深度对电流扩展的影响 |
| 2.5 LED 芯片结构设计 |
| 2.5.1 集成蓝宝石图形衬底和图形化ITO 技术的LED 芯片结构设计 |
| 2.5.2 表面微结构LED 芯片设计 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 GaN 材料低损伤ICP 刻蚀技术研究 |
| 3.1 等离子体的产生及基本性质 |
| 3.1.1 德拜屏蔽和德拜长度 |
| 3.1.2 等离子体鞘 |
| 3.1.3 等离子中的碰撞 |
| 3.2 Cl_2/BCl_3刻蚀GaN 的原理分析 |
| 3.3 ICP 工艺参数对GaN 刻蚀速率的影响 |
| 3.4 ICP 工艺参数对GaN 刻蚀形貌的影响 |
| 3.4.1 GaN 与光刻胶的刻蚀选择比 |
| 3.4.2 GaN 与二氧化硅的刻蚀选择比 |
| 3.4.3 ICP 功率和RF 功率对微结构侧壁倾斜角的影响 |
| 3.5 ICP 刻蚀对GaN 材料的损伤分析 |
| 3.5.1 ICP 工艺参数对GaN 表面粗糙度的影响 |
| 3.5.2 ICP 刻蚀工艺参数与GaN 表面缺陷之间的关系 |
| 3.5.3 ICP 工艺参数对GaN 材料PL 谱强度的影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 LED 芯片制造工艺技术 |
| 4.1 光刻工艺 |
| 4.2 刻蚀工艺 |
| 4.2.1 蓝宝石衬底的刻蚀 |
| 4.2.2 GaN 材料的刻蚀 |
| 4.2.3 ITO 材料的刻蚀 |
| 4.2.4 二氧化硅掩膜的刻蚀 |
| 4.3 薄膜淀积与退火工艺 |
| 4.4 蓝宝石衬底背减薄和抛光工艺 |
| 4.4.1 工艺流程 |
| 4.4.2 工艺优化 |
| 4.5 蓝宝石衬底剥离技术 |
| 4.6 LED 芯片制造工艺流程 |
| 4.6.1 集成蓝宝石图形衬底和图形化ITO 技术的LED 芯片制作工艺 |
| 4.6.2 表面微结构LED 芯片的制作工艺 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 LED 芯片测试结果和分析 |
| 5.1 LED 芯片特征参数测试系统建立 |
| 5.1.1 LED 芯片光电参数测试系统 |
| 5.1.2 LED 芯片结温测试系统 |
| 5.2 蓝宝石图形衬底和图形化ITO 技术 LED 芯片测试结果及分析 |
| 5.2.1 LED 芯片性能与图形尺寸的关系 |
| 5.2.2 LED 芯片性能与图形间距的关系 |
| 5.3 表面微结构LED 芯片测试结果及分析 |
| 5.3.1 GaN 外延层上微结构对LED 芯片性能的影响 |
| 5.3.2 LED 芯片I-V 曲线与衬底厚度的关系 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 半导体发光二极管发展过程 |
| 1.3 世界各国半导体照明计划和研究方向 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 第二章 半导体发光二极管光学结构设计理论基础 |
| 2.1 与LED 照明相关的光度学量 |
| 2.1.1 光通量Φ_v |
| 2.1.2 光视效能K |
| 2.1.3 发光强度I |
| 2.1.4 光照度E |
| 2.1.5 光亮度L |
| 2.2 LED 器件的效率 |
| 2.2.1 发光效率 |
| 2.2.2 辐射效率 |
| 2.2.3 光视效率 |
| 2.2.4 量子效率 |
| 2.3 光的传播和几何光学基础 |
| 2.3.1 光的吸收 |
| 2.3.2 光线传播的三条基本定律 |
| 2.3.3 光的全反射 |
| 2.3.4 三大定律的向量形式 |
| 2.3.5 光在介质面上的能量变化 |
| 2.4 发光二极管原理和光学结构 |
| 2.4.1 发光二极管的发光原理及其相关特征 |
| 2.4.2 半导体发光二极管的芯片结构 |
| 2.4.3 半导体发光二极管的封装结构 |
| 2.4.4 半导体白光发光二极管 |
| 2.5 半导体照明目前遇到的问题和研究概况 |
| 2.5.1 发光二极管光取出初步分析和光取出效率的近似计算 |
| 2.5.2 半导体发光二极管光取出方法及研究概况 |
| 第三章 发光二极管光取出的理论分析与计算机模拟 |
| 3.1 发光二极管光取出理论分析的方法和工具 |
| 3.1.1 传输矩阵法 |
| 3.1.2 时域有限差分法 |
| 3.1.3 有限元法 |
| 3.1.4 光线追迹法 |
| 3.2 基于蒙特卡洛方法的发光二极管光取出计算机模拟 |
| 3.2.1 蒙特卡洛方法 |
| 3.2.2 模拟流程设计 |
| 3.2.3 光线的随机生成 |
| 3.2.4 光线位置和方向的计算 |
| 3.2.5 光线的吸收、反射和折射处理 |
| 3.2.6 光取出模拟的统计及表现形式 |
| 3.3 ASAP 光学设计软件的光取出模拟 |
| 3.3.1 ASAP 简介 |
| 3.3.2 在ASAP 中建模 |
| 第四章 提高发光二极管光取出效率的方法及分析 |
| 4.1 高折射率涂装材料和新型结构 |
| 4.1.1 封装材料折射率对发光二极管光取出效率的影响 |
| 4.1.2 多层封装和渐变折射率提高光取出效率 |
| 4.2 基于GaN 基发光二极管的复合布拉格反射镜的设计 |
| 4.2.1 发光二极管分布布拉格反射镜 |
| 4.2.2 模拟结果与分析 |
| 4.2.3 提高宽角度反射构造方案 |
| 4.3 基于GaN 基发光二极管的微结构微元设计 |
| 4.3.1 微结构微元、微透镜阵列和光子晶体等之间的联系和区别 |
| 4.3.2 微结构微元的实现 |
| 4.3.3 微结构提高光取出效率的理论分析 |
| 4.3.4 几种微结构的模拟和讨论 |
| 第五章 结束语 |
| 5.1 总结本文工作 |
| 5.2 不足和展望 |
| 参考文献 |
| 附录1：传输矩阵法部分代码（MATLAB 源代码） |
| 附录2：蒙特卡洛模拟中部分代码（C++源代码） |
| 附录3：ASAP 中建模部分代码（ASAP 命令代码） |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果 |
