Comparative Analysis of Current Component in InGaN-based Blue and AlGaInP-based Red Light-emitting Diode
本文旨在了解AlGaInP和InGaN LED器件的IQE和I-V曲线的表观特性。在分析中，我们利用IQE的信息将电流分为辐射电流和非辐射电流两部分。利用理想因子、S参数和适用于LED器件的修正肖克利二极管方程对各电流分量进行了细致的分析。通过分析发现，两种样品的各电流分量的特性基本相似，但辐射电流引起的电位降的物理来源和双注入电流引起的非辐射电流的量不同。与AlGaInP LED相比，InGaN LED具有更高程度的由有源区中的低复合率引发的电子溢出，从而导致效率下降和更高的工作电压。为了补救这一点，辐射复合率和/或有效体积应该进一步增加。
2017-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spectroscopic Signature of Local Alloy Fluctuations in InGaN/GaN Multi-Quantum-Disk Light Emitting Diode Heterostructures and Its Impact on the Optical Performance
本研究通过温度依赖发光峰位分析，发现PAMBE生长的InGaN/GaN多量子盘LED中，高In通量样品无S形特征，表明合金更均匀且光学性能更优。
2024-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of carrier localization on recombination in InGaN quantum wells and the efficiency of nitride light-emitting diodes: insights from theory and numerical simulations
我们研究的影响，由于随机合金波动的载流子本地化的InGaN量子阱中的辐射和俄歇复合率作为合金成分，晶体取向，载流子密度和温度的函数。我们的研究结果表明，合金波动减少个别过渡矩阵元素的电子和空穴的单独本地化，但这种效果是过度补偿的平移对称性破缺和由此产生的缺乏动量守恒的额外的过渡。因此，我们发现，本地化增加辐射和俄歇复合率，但俄歇复合率增加了一个数量级以上的辐射率。此外，我们表明，本地化有一个整体的不利影响的效率下降和绿色间隙的InGaN LED的问题。
2017-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Efficient InGaN-based Red Light-Emitting Diodes by Modulating Trench Defects
本研究通过调控多量子阱中的沟槽缺陷，实现了波长红移68 nm、发光增强约6倍、内量子效率达16.4%的高效红色InGaN LED，提供了一种简单可复现的新方法。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Understanding different efficiency droop behaviors in InGaN-based near-UV, blue and green light-emitting diodes through differential carrier lifetime measurements
GaN基发光二极管（LED）在高注入下的效率下降效应强烈地依赖于波长，这仍然没有得到很好的理解。本文通过对商业化的近紫外、蓝光和绿光LED的差分载流子寿命测量，将其不同的效率下降行为归因于不同的载流子寿命，这些载流子寿命随着波长的增加而延长。载流子寿命与InGaN量子阱中铟组分之间的这种关系被认为是由于极化诱导的量子限制斯塔克效应。长的载流子寿命不仅增加了载流子泄漏的概率，而且导致量子阱中的高载流子浓度。换句话说，在相同的电流密度下，近紫外LED的有源区载流子浓度最低，而绿光LED的有源区载流子浓度最高。如果考虑到效率下降取决于载流子浓度，不同波长的LED的行为没有表现出任何异常。该模型还解释了低温下效率下降严重的原因。在此基础上，讨论了克服效率下降的可能途径。降低载流子寿命似乎是解决这一问题的根本途径。
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unlocking the Origin of Compositional Fluctuations in InGaN Light Emitting Diodes
准确测定组成波动对于理解它们在高铟含量$In_{x}Ga_{1-x}N$发光二极管效率降低中的作用至关重要，其起源仍然知之甚少。在这里，我们结合了电子能量损失谱（EELS）成像在亚纳米分辨率与多尺度计算模型，以获得统计分布的组成波动$In_{x}Ga_{1-x}N$量子阱（QW）。采用多尺度计算模型，我们显示了在不同的铟浓度和应变的存在下，$In_{x}Ga_{1-x}N$量子阱的本征组分起伏的趋势。我们开发了一种系统的形式主义，基于对观察到的和模拟的EELS图中成分波动的自主检测。我们已经显示了计算预测和实验观察到的成分波动之间的直接比较。我们发现，虽然一个随机合金模型捕捉到的成分波动的分布在相对较低的In（$\sim$ 18%）含量$In_{x}Ga_{1-x}N$量子阱，有一个显着的偏离模型在较高的In含量（$\geq$ 24%）量子阱。我们的研究结果突出了在低和高In含量InGaN量子阱中由成分波动驱动的载流子局部化的独特行为，这最终会影响LED的性能。此外，我们强大的计算和原子表征方法可以广泛应用于研究材料，其中纳米组成波动对材料性能起着重要作用。
2021-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Direct Measurement of Auger Electrons Emitted from a Semiconductor Light-Emitting Diode under Electrical Injection: Identification of the Dominant Mechanism for Efficiency Droop
本文报道了用电子发射光谱法在电注入下从掺杂的InGaN/GAN发光二极管（LED）中清晰地探测到俄歇电子。测量电子发射光谱作为注入器件的电流的函数。与观察到的电致发光效率下降同时出现的高能电子峰表明，通过俄歇过程在有源区（InGaN量子阱）中产生热载流子。在高能量发射的电子电流和“下垂电流”-用于光发射的注入电流的缺失分量之间测量线性相关性。我们认为GAN LED中的下垂现象源于俄歇过程的激发。
2013-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Defect recombination induced by density-activated carrier diffusion in nonpolar InGaN quantum wells
本文报道了在a面InGaN单量子阱中高激发密度下载流子扩散诱导的缺陷发射。当在一个相对较高的制度增加激发密度，我们观察到的缺陷相关的排放的出现，以及显着降低带边发射效率。用载流子从局域态到缺陷态的密度激活扩散解释了实验结果。这种密度激活的缺陷复合的情况下，证实了光致发光的激发光子能量和温度的依赖性，是一个合理的起源的效率下降在a面InGaN量子阱发光二极管。
2013-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
InGaN Nanopixel Arrays on Single Crystal GaN Substrate
本研究通过PAMBE在单晶GaN衬底上生长全InGaN异质结构，结合自上而下纳米加工与ALD侧壁钝化技术，制备出高整流比、接近100%无位错的纳米级蓝光LED像素，有效缓解QCSE并将光提取效率提升超40%，为先进显示与光子系统提供了可扩展途径。
2025-06-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Engineered Josephson diode effect in kinked Rashba nanochannels
本文研究扭结 Rashba 纳米通道约瑟夫森结中二极管效应的几何与磁场调控，揭示丰富相图及与拓扑相的联系，为设计定制输运特性的超导器件提供依据。
2024-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.supr-con
State-of-the-art and prospects for intense red radiation from core-shell InGaN/GaN nanorods
具有InGaN/GAN量子阱的核壳纳米棒（NR）在单片白光发光二极管和OLED显示器中具有广阔的应用前景。然而，这样的应用仍然是一个挑战，因为与蓝色和绿色相比，红色波段的强度太弱。为了澄清这个问题，我们已经进行了功率和温度依赖，以及时间分辨测量的光致发光（PL）在不同的含量和直径的NR。这些研究表明，占主导地位的PL带起源于非极性和半极性量子阱，而宽的黄红色带主要来自GAN芯中的缺陷。在NR尖端的极性量子阱的红色发射强度是致命的小。我们计算的电磁场分布内的NR显示了低密度的光子态的尖端，抑制了红色辐射。我们提出了一种混合NR的设计，其中极性量子阱，位于GAN核心内，由非极性量子阱的紫外-蓝光辐射泵浦。讨论了利用Purcell效应提高辐射复合率的可能性。
2020-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice-Constant and Band-Gap Tuning in Wurtzite and Zincblende BInGaN Alloys
InGaN发光二极管（LED）比白炽灯和荧光灯照明更高效且成本效益更高，但晶格失配限制了可以在GAN上生长而不会降低性能的位错的InGaN层的厚度。在这项工作中，我们采用混合密度泛函理论计算研究的热力学稳定性，晶格参数，和带隙的纤锌矿和锌的四元BInGaN合金。我们发现，纤锌矿相是更稳定的，可以晶格匹配的GAN的BInGaN组合物含有高达30%的硼。与GAN的晶格匹配降低了应变，并实现了更厚的有源层，这减轻了俄歇复合并提高了LED的效率。合金的带隙在整个可见光谱中保持可调。我们的研究结果表明，BInGaN合金是有前途的替代InGaN的高效率，高功率LED。
2019-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Semiconductor Nanowire Light Emitting Diodes Grown on Metal: A Direction towards Large Scale Fabrication of Nanowire Devices
自下而上的纳米线对于实现具有极端异质结构的半导体器件是有吸引力的，因为通过纳米线侧壁的应变弛豫允许高度晶格失配的材料的组合而不产生位错。由此产生的纳米线用于制造发光二极管（LED）、激光器、太阳能电池和传感器。然而，昂贵的单晶衬底通常用作纳米线异质结构以及外延器件的衬底，这限制了纳米线器件的可制造性。在这里，我们展示了直接生长和电集成在金属上的纳米线LED。光学和结构测量揭示了钼和钛膜上的高质量，垂直排列的GAN纳米线。透射电子显微镜证实了极化梯度AlGaN纳米线LED的组成变化。InGaN量子阱有源区观察到蓝色到绿色的电致发光，而GAN有源区显示出紫外发射。这些结果展示了在金属箔或金属片上大规模制造固态照明和光电子器件的途径。
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Elimination of basal-plane stacking faults in semipolar/nonpolar GaN and light emitting diodes heteroepitaxially grown on sapphire substrates
高质量的半极性和非极性GAN在实现高性能GaN基光电子器件中是至关重要的，然而，实现无基底平面堆垛层错（BSF）的大面积晶片一直是非常具有挑战性的。在这项工作中，我们报告了一种方法来制备大面积，无堆叠故障（SF-自由）半极性GAN（4英寸）蓝宝石衬底。BSF形成的根本原因是在半极性和非极性异质外延期间出现N极性（000-1）面。利用动力学Wulff图的概念，我们成功地抑制了GAN（000-1）面的出现，从而消除了（000-1）基面上产生的层错。通过透射电子显微镜、阴极发光和低温光致发光表征证实了这一结果。此外，具有良好特性的InGaN发光二极管已经在蓝宝石衬底上的无SF半极性（20-21）GAN上制备。我们的工作开辟了一个新的见解异质外延生长的非极性/半极性GAN，并提供了一种方法，生产无SF-free的非极性/半极性GAN材料在大面积的晶圆，这将创造新的机会，在GAN光电和微电子研究。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Index-antiguiding in narrow-ridge GaN-based laser diodes investigated by measurements of the current-dependent gain and index spectra and by self-consistent simulation
窄（1.5 μm）脊波导InGaN多量子阱激光二极管的阈值电流密度及其横向远场图形的形状强烈地依赖于脊波导的刻蚀深度。这两种效应都可以归因于强烈的指数反引导。通过测量与电流有关的增益和折射率谱，在阈值附近实验确定了反导引因子R = 10的值。器件性能的模拟自洽解决薛定谔-泊松方程和方程的电荷传输和波导。假设载流子引起的折射率变化与实验确定的反导因子相匹配，则理论上可以再现所测得的高阈值电流和具有浅脊的激光器的远场图案的形状。
2016-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Crystal N-polar GaN p-n Diodes by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy
采用等离子体辅助分子束外延技术在单晶N极性GAN体晶片上实现了N极性GAN p-n二极管。电流-电压特性显示出高质量的整流和电致发光特性，具有高开/关电流比和带间光子发射。测得的电致发光光谱主要是强的近带边发射，而深能级发光被大大抑制。非常低的位错密度导致高的反向击穿电场。低漏电流N极二极管在偏振工程光子和电子器件中开辟了几个潜在的应用。
2017-06-08 cond-mat.mtrl-sci
MIM-Diode-Like Rectification in Lateral 1T/1H/1T-MoS$_2$ Homojunctions via Interfacial Dipole Engineering
本文通过第一性原理计算证明非对称1T/1H界面电荷转移形成的界面偶极子使横向1T/1H/1T-MoS$_2$同质结产生类MIM二极管整流，确立了单材料二维平面内整流平台及界面偶极子工程通用策略。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of Forward Inter-band Tunneling in GaN by Polarization Engineering
我们报告的GAN带间隧道结显示正向隧穿特性的设计，制造和表征。我们已经实现了非常高的正向隧穿电流（153 mA/cm 2，在10 mV，和17.7 A/cm 2的峰值电流）的极化工程GAN/InGaN/GAN异质结二极管等离子体辅助分子束外延生长。我们还报告了可重复的负微分电阻带间三族氮化物隧道结的观察，峰谷电流比（PVCR）在室温下为4。在这项工作中实现的正向电流密度满足典型的多结太阳能电池的电流驱动要求。
2011-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunnel Junction Enhanced Nanowire Ultraviolet Light Emitting Diodes
偏振工程带间隧道结（TJ）被集成在纳米线紫外（UV）发光二极管（LED）中。通过在偏振掺杂纳米线紫外发光二极管的底部集成隧道结，实现了开启电压降低约6V。此外，到纳米线LED中的有效空穴注入导致TJ集成纳米线LED中的抑制的效率下降。降低的偏置电压和增加的空穴注入两者的组合增加了这些器件中的壁插塞效率。在~310 nm处测量到超过100微瓦的UV发射，外量子效率在4 - 6 m%的范围内。纳米线LED内隧道结的实现打开了通向硅上级联多结纳米线LED的单片集成的途径。
2015-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Over 3 kV and Ultra-Low leakage Vertical (011) \b{eta}-Ga2O3 Power Diodes with Engineered Schottky Contact and High-permittivity Dielectric Field Plate
本研究通过复合Pt基肖特基接触调控、ZrO₂高κ介质场板边缘电场管理，结合(011)β-Ga₂O₃材料优势，实现了3.7kV击穿电压、超低漏电流且开启电压较低的垂直功率二极管，为千伏级β-Ga₂O₃功率器件开发提供新策略。
2025-10-29 cond-mat.mtrl-sci cs.SY eess.SY
All-MOCVD-Grown Gallium Nitride Diodes with Ultra-Low Resistance Tunnel Junctions
我们仔细研究了生长后激活退火、δ剂量和p+-GAN层厚度等三个重要因素，并通过实验证明了它们对基于隧道结（TJ）p接触的GAN p-n同质结二极管电学性能的影响。p-n二极管和TJ结构通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）在单个生长步骤中单片地生长。通过优化镁（Mg）激活的退火时间和温度以及在TJ界面处引入施主和受主的δ剂量，实现了电学性能的显著改善。对于连续生长的全MOCVD GAN同质结TJ，在20 A/cm 2和100 A/cm 2的电流密度下分别获得158 mV和490 mV的超低正向电压惩罚。具有特制TJ的p-n二极管在5 kA/cm 2下的归一化差分电阻为1.6 x 10-4 Ω-cm 2，创历史新低。
2020-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Tunnel-injected sub-260 nm ultraviolet light emitting diodes
报道了一种基于偏振设计的Al0.75Ga0.25N/ In0.2Ga0.8N隧道结结构的隧道注入深紫外发光二极管（UVLED）。隧道注入UV LED结构实现了底部和顶部接触层的n型接触。然而，实现与宽带隙n-AlGaN层的欧姆接触是具有挑战性的，并且通常需要高温接触金属退火。在本工作中，我们采用了一种成分渐变的顶部接触层的非合金金属接触，并获得了一个低的接触电阻Rc= 4.8 × 10 -5欧姆cm ~ 2的n-Al_（0.75）Ga_（0.25）N。我们还观察到，通过将Mg掺杂浓度从6.2 × 1018 cm-3增加到1.5 × 1019 cm-3，在1 kA/cm 2下，正向工作电压从30.9 V显著降低到19.2 V。通过257 nm处的光发射证实了Eg>5.2 eV的宽带隙Al 0.75 Ga 0.25 N的非平衡空穴注入。本工作证明了隧道空穴注入深紫外发光二极管的可行性，并为高功率深紫外发光二极管的设计提供了一种新的结构。
2017-03-01 cond-mat.mtrl-sci
High-temperature Josephson diode
本研究利用扭曲 BSCCO 层的人工约瑟夫森结，在高达 77 K 温度下实现约瑟夫森二极管效应，通过垂直小磁场调控非互易响应，并创下 20 K 下 60% 的非对称性记录，为液氮温度超导量子电路奠定基础。
2023-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The influence of Auger recombination on the performance of quantum-dot light-emitting diodes
对基于胶体量子点（QD）的发光二极管（QD-LED）的日益增长的兴趣已经被QD发射的优异的颜色纯度和光谱可调谐性以及QD材料对高度可扩展且廉价的溶液处理的适应性所激发。QD-LED领域中的一个当前挑战是对外在因素的作用（例如，通过QD表面缺陷的复合）与本征过程（例如，由于在限定器件效率时施加的电场而导致的多载流子俄歇复合或电子-空穴分离）的对比。在这里，我们解决这个问题的激发态动力学的研究在一系列的结构工程量子点，这是并行进行的表征其性能后，纳入LED。本研究的结果表明，在零和正向偏压下，有源发射层内的量子点的显著部分是带负电荷的，因此，俄歇复合代表限制这些器件的效率的重要因素。我们进一步观察到，LED效率滚降的开始也由俄歇复合控制，并且可以通过使用新开发的量子点转移到更高的电流，该量子点在核-壳界面处引入中间合金层以抑制俄歇衰变。我们的研究结果表明，可以通过开发有效的方法来控制俄歇复合和/或通过改善电子和空穴注入电流的平衡来最大限度地减少QD充电的影响，从而进一步提高QD-LED的性能。
2013-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Design and Demonstration of Ultra Wide Bandgap AlGaN Tunnel Junctions
紫外线发光二极管（UV LED）由于电阻性和吸收性p型接触层而在注入效率和光提取效率方面面临严重限制。在这项工作中，我们研究了超宽带隙AlGaN（Al摩尔分数高于50%）材料的偏振工程隧道结的设计和应用，以实现高效的UV LED。我们证明了极化诱导的3D电荷有利于降低隧道势垒，特别是对于高组分AlGaN隧道结。渐变隧道结结构的设计可以导致对于高组分AlGaN隧道结低于10-3 Ohm cm 2的低隧穿电阻和低于1V（在1 kA/cm 2下）的低电压消耗。292 nm发射的实验证明是通过非平衡空穴注入到具有大于4.7 eV的带隙能量的宽带隙材料中实现的，并且隧道结的详细建模表明它们可以被设计为具有低电阻，并且可以在UV-C波长范围内实现高效发射器。
2016-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-Engineered Spin Asymmetry and Multifunctionality in Eu-Activated CaAlSiN$_3$: A First-Principles Roadmap to Optical-Thermoelectric Fusion
本研究通过第一性原理DFT计算，揭示了Eu3+掺杂CaAlSiN3的电子、光学、机械及热电特性，证实其为稳定高效的WLED用红光荧光粉，为光电材料晶位工程提供理论依据。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
