【摘要】：AlGaN材料由于其較寬的能帶,被廣泛的應(yīng)用于GaN基LED作為電子阻擋層(electron blocking layer,EBL)。其存在的意義是能夠抑制量子阱InGaN/GaN中的電子泄露,增加電子和空穴的輻射復(fù)合效率,提高LED量子效率。南昌大學(xué)江風(fēng)益教授課題組發(fā)現(xiàn)了合適Al濃度AlGaN EBL可以阻擋量子阱InGaN/GaN中的電子泄露,同時促進p-GaN區(qū)空穴注入到有源區(qū),提高了GaN基LED的量子效率。深入理解AlGaN EBL與量子阱InGaN/GaN接觸所形成的界面性質(zhì),以及AlGaN EBL阻擋有源區(qū)中電子泄露的物理機理,對于減少GaN基LED中的量子“droop”效應(yīng),提高LED器件性能具有重要的科學(xué)價值和實際意義。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢方法,開展了GaN基LED器件中AlGaN EBL阻擋電子泄露的物理機理的研究。主要結(jié)論歸納有:本文構(gòu)建了不同厚度(n+m)AlN/GaN(0001)和不同Al濃度Al_xGa_(1-x)N/GaN(0001)(0x≤1)超晶格模型,并運用宏觀平均靜電勢法對其界面的能帶帶階和極化電場進行計算。計算發(fā)現(xiàn)厚度可以調(diào)節(jié)AlN/GaN(0001)SLs的能帶帶階和極化電場,為研究不同Al濃度Al_xGa_(1-x)N/GaN(0001)SLs界面性質(zhì)奠定基礎(chǔ)。計算得到不同Al濃度Al_xGa_(1-x)N/GaN(0001)SLs的VBO(x)≈-0.3378x~2+0.6596x-0.0119(eV),和CBO(x)≈0.4006 x~2+0.9401x-0.0187(eV);同時,極化電場隨Al濃度增加而增強。結(jié)果證實了選擇合適Al濃度AlGaN EBL,不僅可以阻擋有源區(qū)的電子泄露,還可以促進p-GaN區(qū)空穴注入到有源區(qū),與江等人研究的合適Al濃度AlGaN EBL阻擋電子泄露的實驗現(xiàn)象吻合。采用第一性原理贗勢法,分析了不同Al濃度(10+8)Al_xGa_(1-x)N/GaN(0001)SLs的電子結(jié)構(gòu),計算發(fā)現(xiàn)隨著Al濃度增加界面處電荷聚集增多,極化電場增強,能帶帶階增加,能帶彎曲更加明顯�；贏lGaN EBL抑制電子泄露物理機理的研究,進一步研究了不同In組分量子阱InGaN/GaN中電子泄露的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)In組分可以調(diào)制In_yGa_(1-y)N/GaN(0001)界面的能帶帶階和極化電場,導(dǎo)致量子阱InGaN/GaN中不同程度的電子泄露。論文創(chuàng)新性地提出了“協(xié)同效應(yīng)”:即GaN基LED量子阱InGaN/GaN中In組分與AlGaN EBL中Al濃度之間存在著協(xié)同的作用。該效應(yīng)的提出為實驗上實現(xiàn)高光效的LED提供了新的設(shè)計思路和理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：江西科技師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN312.8
【圖文】：

第 1 章 緒論 LED 中存在的大的難題，就是其量子效率隨著電量子損失的現(xiàn)象，尤其是在高電流密度下，就是所量子 droop 效應(yīng)的因素有很多，如俄歇復(fù)合[10-11]，化電場[13-14]和電子泄露[13,15]等。其中電子泄露是主決 LED 器件中的電子泄露的現(xiàn)象，減少量子 droo LED 器件的多量子阱（Multiple quantum wells，與電流阻擋層 p 型 GaN 區(qū)之間生長一定厚度的 Alocking layer，簡稱 EBL）[16]，正如圖 1.1 所示。擋層與量子阱 InGaN/GaN 中最后一層的量子阱r，簡稱 LQB）接觸形成的 EBL/LQB 界面，其界bandoffset），使得量子阱內(nèi)的電子難以越過的，區(qū)內(nèi)，使得電子和空穴的輻射復(fù)合增加，從而提高internal quantum efficiency，簡稱 IQE）。通過調(diào)研

electricfield），原因是由于兩個半導(dǎo)體材料的晶格不匹配導(dǎo)致的。同時，EBL/LQB界面也會有極化電荷的產(chǎn)生，極化電荷的存在使得 AlGaN/GaN 界面發(fā)生能帶彎曲，同時使得界面處的勢壘高度和能帶結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著的變化。如圖1.3中所示，Han 等人[27]利用 APSYS 軟件模擬出的不含 AlGaN EBL 和含有 AlGaN EBL 的LED 器件的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。AlGaN EBL 的存在，使得 EBL/LQB 界面處的電子勢壘高度和空穴勢壘高度出現(xiàn)尖峰，同時伴隨著很強的極化電場，從而阻擋電子泄露，當(dāng)然也對空穴的注入有很大影響。另外，這樣也會直接導(dǎo)致了在異質(zhì)結(jié)界面處有二維電子氣[28]（two dimensional electron gas，簡稱 2DEG）的形成。1.4 本文背景及研究現(xiàn)狀近年來，Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體材料被廣泛的應(yīng)用在 LED 光電器件中。并且，GaN 基 LED 的發(fā)展也已經(jīng)取得了巨大的進步。如已經(jīng)成功的制備出高光效的 Si襯底藍光 LED

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本文編號：2721535