本文關(guān)鍵詞： 硅襯底 綠光LED 量子阱 應(yīng)力 光電性能　出處：《南昌大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：GaN基LED憑借其可控的全色光譜能隙以及優(yōu)良的物理化學(xué)性能,在各種照明、背光等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,已逐步成為新一代綠色照明光源。目前LED照明的主流技術(shù)方案是“藍(lán)光LED+黃色熒光粉”合成白光,雖然可以獲得較高的光效,但色溫、顯色指數(shù)等色品質(zhì)不佳。為了獲得真正意義上的高品質(zhì)LED照明光源,白光需要采用全LED混光來實(shí)現(xiàn),即采用紅、綠、藍(lán)三基色LED(RGB)獲得白光,這樣就可以實(shí)現(xiàn)低色溫、高顯色指數(shù)以及高效率的完美結(jié)合。而目前綠光的發(fā)光效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于藍(lán)光和紅光LED,學(xué)術(shù)界稱之為“Green gap”,這也成為實(shí)現(xiàn)RGB白光光源的主要技術(shù)瓶頸。因此,進(jìn)一步提升綠光LED量子效率成為近幾年LED領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與壘之間的晶格失配導(dǎo)致量子阱中存在較大應(yīng)力,這種應(yīng)力對綠光LED的光電性能有明顯影響,但一直沒有統(tǒng)一的認(rèn)知。基于硅襯底LED技術(shù)平臺(tái),本文通過改變壘結(jié)構(gòu)較為系統(tǒng)地研究了壘對硅襯底綠光LED應(yīng)力、光電特性、結(jié)溫特性以及老化特性的影響。獲得了以下研究成果:1)采用高分辨率X射線衍射(HRXRD)測試了三種不同壘結(jié)構(gòu)(壘中含InGaN、壘含Al GaN以及全Ga N壘)的Si襯底GaN基綠光LED外延薄膜(10 1 5)面非對稱衍射倒易空間分布圖,定性的表征了三種結(jié)構(gòu)量子阱的應(yīng)力狀態(tài),結(jié)果表明,壘層中引入InGaN和AlGaN均能明顯減小綠光量子阱所受的壓應(yīng)力,其中引入InGaN時(shí)所受壓應(yīng)力最小。2)將上述三種壘結(jié)構(gòu)的Si襯底GaN基綠光LED外延片制作成垂直結(jié)構(gòu)芯片,研究了其變溫電致發(fā)光(VTEL)性能,結(jié)果表明:在同一溫度下,隨著電流密度的增加,三種結(jié)構(gòu)的EL峰值波長均發(fā)生藍(lán)移,但程度存在差異。環(huán)境溫度為低溫13K時(shí),隨著電流密度的增加,壘中含AlGaN的藍(lán)移量大于全GaN壘,全GaN壘和壘中含In GaN的藍(lán)移量相近。在環(huán)境溫度為300K(室溫)時(shí),藍(lán)移量的大小也不同,大小關(guān)系為:全GaN壘大于壘中含AlGaN,壘中含AlGaN又大于壘中含In GaN。波長的藍(lán)移量與量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)引起的能帶彎曲量有關(guān),藍(lán)移量越小則能帶彎曲越小。由此可見,相比全GaN壘,壘中引入AlGaN和InGaN能夠有效減小QCSE,尤其是壘中引入InGaN。這與前述三種壘結(jié)構(gòu)引起的綠光量子阱中應(yīng)力大小關(guān)系完全吻合。3)對以上三種結(jié)構(gòu)的綠光LED芯片在常溫、500mA下老化500小時(shí)后,三種壘結(jié)構(gòu)的器件光衰均比較小,全GaN壘為2.47%,壘中含AlGaN為5.33%,壘中含InGaN為3.56%,三種結(jié)構(gòu)光衰的大小不同可能與結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的量子阱內(nèi)部應(yīng)力大小不同有關(guān)。開啟電壓和工作電壓變化很小,最大差值分別在0.01V和0.1V左右。4)對三種壘結(jié)構(gòu)的垂直結(jié)構(gòu)綠光LED芯片結(jié)溫進(jìn)行了研究,通過對從小到大一系列電流下結(jié)溫系數(shù)的測定得出:小電流下結(jié)溫系數(shù)偏差很大,其原因是芯片內(nèi)存在漏電通道,小電流測試時(shí)器件漏電流占測試電流比重大,對結(jié)溫系數(shù)影響大;大電流結(jié)溫系數(shù)偏差小,原因?yàn)榇箅娏鳒y試時(shí)漏電流達(dá)到飽和,并且占測試電流比重非常小�；谝陨吓袛�,建立了正確測試綠光LED芯片結(jié)溫的方法。并通過此方法表征了三種壘結(jié)構(gòu)綠光LED芯片結(jié)溫溫升特性,結(jié)果顯示:壘中含InGaN的綠光LED結(jié)溫溫升最小,其次是全GaN壘結(jié)構(gòu),而壘中含AlGaN的樣品的結(jié)溫溫升值最大。5)通過對壘結(jié)構(gòu)為全GaN的Si襯底GaN基綠光LED外部應(yīng)力的控制,研究分析了EL光譜隨應(yīng)力的變化規(guī)律,結(jié)果表明:在退火過程中Si襯底GaN基綠光LED薄膜GaN受到的張應(yīng)力逐漸減小,量子阱受到的壓應(yīng)力則逐漸增大,由此導(dǎo)致壓電效應(yīng)增加,量子阱的量子限制斯達(dá)克效應(yīng)(QCSE)加劇,導(dǎo)致隨著外部應(yīng)力變小,光功率下降,半峰寬加大和波長增大等現(xiàn)象。此結(jié)果再此證明,減小綠光量子阱中所受的壓應(yīng)力有利于提升其光電特性。6)綜上可知,減小綠光量子阱所受的壓應(yīng)力有利于提升其光電性能,通過在壘中引入InGaN和AlGaN可以有效減小綠光量子阱所受的壓應(yīng)力。綜合來看,壘中引入InGaN的綠光LED結(jié)構(gòu)性能最佳,主要表現(xiàn)為量子阱所受應(yīng)力最小,室溫下隨電流密度增大藍(lán)移量最小,結(jié)溫溫升最小,老化過程中光電參數(shù)穩(wěn)定。以上研究結(jié)果為進(jìn)一步提升綠光LED光電性能具有一定了實(shí)驗(yàn)和理論價(jià)值。
[Abstract]:The GaN - based LED has wide application prospect in various fields such as illumination , backlight and the like by virtue of the controllable full - color spectrum energy gap and excellent physical and chemical properties , and has gradually become a new generation of green illumination light sources . The results are as follows : 1 ) With the increase of the current density , the blue shift amount of the GaN - based green LED epitaxial thin film ( 10 1 5 ) in three different barrier structures ( including InGaN , barrier containing Al - GaN and full Ga N ) in the barrier layer is more than that of all GaN barriers . On the basis of the above judgment , it is found that the temperature rise of GaN - based green LED thin film in the barrier is very small , and the maximum difference is about 0.01 V and 0.1 V .

【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ133.51;TN312.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 鄭代順,錢可元,羅毅;大功率發(fā)光二極管的壽命試驗(yàn)及其失效分析[J];半導(dǎo)體光電;2005年02期

2 丁志博;王琦;王坤;王歡;陳田祥;張國義;姚淑德;;InGaN/GaN多量子阱的組分確定和晶格常數(shù)計(jì)算[J];物理學(xué)報(bào);2007年05期

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本文編號：1525886