【摘要】：AlGaN基深紫外發(fā)光二極管(DUV-LED)因其在光學存儲、危險品檢測、生物醫(yī)藥學、殺菌醫(yī)療、深度凈化、固態(tài)照明、全彩色顯示等眾多領域的應用價值,吸引了許多研究學者的廣泛關注。但是目前還存在一些亟待解決的難題,如載流子滲漏、p型摻雜困難、內(nèi)量子效率依舊不高和低的光抽取效率功率等問題制約著AlGaN基深紫外LED進一步發(fā)展,因此為了能獲得更高功率和內(nèi)量子效率的深紫外LED,已經(jīng)有多個研究課題組設計應用不同的器件結構對LED的性能加以改善和提高。本論文主要是基于課題組原有的實驗數(shù)據(jù)和模擬工作,凝煉出基準的AlGaN基DUV-LED結構(本文稱為傳統(tǒng)結構),進一步應用APSYS軟件針對其p型摻雜層進行研究,在一系列的數(shù)值模擬計算中,通過調(diào)整器件結構參數(shù),提出具有更優(yōu)性能的新型LED結構——變Al組分壘層的p型超晶格摻雜的AlGaN基DUV-LED(PSL型LED),即將電子阻擋層(EBL)之上的傳統(tǒng)的p型AlGaN層設計成為變壘中Al組分的p型超晶格摻雜層,然后選取一系列模擬工作中的三種特殊的新型PSL結構(p型超晶格的阱層中A1組分保持不變,改變壘層中Al組分)與傳統(tǒng)結構相互比較,對四種結構的LED器件性能和內(nèi)部物理機制進行研究和結果討論,并通過實驗進行驗證。論文主要內(nèi)容如下:1)首先簡單介紹了 AlGaN基DUV-LED的基本性質(zhì)和發(fā)光機理,然后討論了 DUV-LED的市場應用前景、所存問題及解決方案。接著介紹了 AlGaN基DUV-LED的模擬方法,比如半導體器件的物理模型和基本方程,扼要介紹了 APSYS軟件能夠仿真的半導體器件種類,其操作環(huán)境和大致操作流程。2)對AlGaN基DUV-LED超晶格p型摻雜的研究,應用APSYS軟件構建了四種不同的LED,結構A、B和C是新型超晶格p型摻雜結構,即將EBL層上傳統(tǒng)的p型AlGaN層設計成為超晶格結構,超晶格的阱中Al組分都是0.4,壘層中Al組分不同,分別是0.5、0.55和0.6對應于結構A、B和C。結構D為傳統(tǒng)的p型摻雜結構。然后對這四種結構進行模擬計算,通過比較內(nèi)量子效率、發(fā)光功率、EL、電場強度、輻射復合效率、載流子濃度分布和能帶結構圖,發(fā)現(xiàn)壘層中A1組分為0.55的p型超晶格結構B,有更強的載流子限制作用,能使更多的空穴輸運到有源區(qū),從而有更優(yōu)秀的器件輸出性能。3)介紹了 PSL型AlGaN基DUV-LED的外延與表征,為了在實驗上加以驗證,我們用金屬氧化物化學氣相淀積(MOCVD)的方法分別生長了理論模擬的新的p型超晶格結構B和傳統(tǒng)結構D,對二者進行了實驗表征,包含PL和CL特性的測試,實驗結果表明新型的p型超晶格DUV-LED的發(fā)光性能和電學性能相對傳統(tǒng)結構DUV-LED有大幅提升。實驗結果與APSYS軟件模擬計算的結果保持一致,使用新型的變A1組分壘層p型超晶格摻雜層結構的DUV-LED可以大幅提高器件性能,這種獨特的設計方法有良好的應用前景和使用價值。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN312.8
【圖文】：

圖１．２．１邋ｍ族氮化物材料的晶格常數(shù)與禁帶寬度之間的關系圖逡逑

圖１．２．２邋ＩＩＩ族氮化物的（ａ）纖鋅礦和（ｂ）閃鋅礦晶體結構示意圖逡逑在大氣壓強和室溫條件下，ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡＩＮ的晶體結構通常是呈六方對稱逡逑的纖鋅礦結構，如圖１．２．２（ａ），它們都是有穩(wěn)定熱力學性質(zhì)的強離子性晶體。以逡逑纖鋅礦ＧａＮ為例，它屬于六角密堆積結構，每個晶胞內(nèi)包含６個Ｇａ原子和６個逡逑Ｎ原子總共有１２個原子，它的晶格常數(shù)ａ為３．１８９邋Ａ，ｃ為５．１８５邋Ａ【｜６】。此外，逡逑如圖１．２．２邋（ｂ）還有閃鋅礦結構的ＩＩＩ族氮化物，閃鋅礦結構的ＧａＮ屬于立方密堆逡逑積結構。表１．２．１是三種典型的ＩＩＩ族氮化物的物理參數(shù)。逡逑表１．２．１纖鋅礦丨ｎＮ、Ａ１Ｎ和ＧａＮ材料的物理參數(shù)［１７】逡逑ＩｎＮ邐Ａ邋ＩＮ邐ＧａＮ逡逑晶格常數(shù)邋ａ邋（Ａ）邐３＾４８邐ＵＵ邐＾１８９逡逑晶格常數(shù)邋ｃ邋（Ａ）邐５．７０５邐４．９８２邐５．１８５逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

1 蔡鎮(zhèn)準;胡曉龍;劉麗;王洪;;基于混合型量子阱的GaN基垂直結構發(fā)光二極管性能[J];發(fā)光學報;2015年06期

2 張敏;董方營;張立春;;ZnO納米結構/p-GaAs的制備及其發(fā)光特性研究[J];魯東大學學報(自然科學版);2015年02期

3 石毅;;藍光LED光耀四野——2014年諾貝爾物理學獎側記[J];創(chuàng)新科技;2014年21期

4 鄭愛華;;淺析LED的發(fā)光原理[J];科協(xié)論壇(下半月);2010年11期

5 陳洪建;張維連;陳貴峰;李養(yǎng)賢;;氫化物氣相外延氮化鎵襯底的制備研究[J];稀有金屬;2007年S2期

6 張玉薇;鄧珂;;半導體器件計算機模擬技術探索[J];廣西工學院學報;2006年S2期

7 劉恩峰,劉曉彥,韓汝琦;半導體器件模擬技術的研究[J];微電子學;2002年03期

8 李秀清;GaN藍光-紫外光光電子材料與器件的研究現(xiàn)狀[J];半導體情報;2000年02期

相關博士學位論文 前4條

1 王繪凝;InGaN/GaN多量子阱的結構及其光學特性的研究[D];山東大學;2014年

2 陳軍峰;AlGaN/GaN超晶格p型摻雜及輸運特性研究[D];西安電子科技大學;2010年

3 李金釵;III族氮化物半導體中極化場的調(diào)控[D];廈門大學;2008年

4 蔡端俊;GaN基半導體異質(zhì)結構中的應力相關效應[D];廈門大學;2006年

相關碩士學位論文 前4條

1 楊雙勇;AlInGaN/AlGaN/GaN異質(zhì)結構的設計與生長[D];西安電子科技大學;2014年

2 甘天勝;InAlN/GaN異質(zhì)結電學性模擬和物性研究[D];南京大學;2014年

3 李晴飛;黃綠光InGaN/GaN量子阱的能帶調(diào)控和發(fā)光特性[D];廈門大學;2014年

4 董果香;半導體器件物理參數(shù)模型研究及器件模擬[D];電子科技大學;2013年

本文編號：2737668