【摘要】：AlGaN基深紫外發(fā)光二極管(DUV-LED)因其在光學(xué)存儲、危險品檢測、生物醫(yī)藥學(xué)、殺菌醫(yī)療、深度凈化、固態(tài)照明、全彩色顯示等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用價值,吸引了許多研究學(xué)者的廣泛關(guān)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(shè)計應(yīng)用不同的器件結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(本文稱為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)),進一步應(yīng)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(jié)構(gòu)參數(shù),提出具有更優(yōu)性能的新型LED結(jié)構(gòu)——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(shè)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(jié)構(gòu)(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(jié)構(gòu)相互比較,對四種結(jié)構(gòu)的LED器件性能和內(nèi)部物理機制進行研究和結(jié)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(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用APSYS軟件構(gòu)建了四種不同的LED,結(jié)構(gòu)A、B和C是新型超晶格p型摻雜結(jié)構(gòu),即將EBL層上傳統(tǒng)的p型AlGaN層設(shè)計成為超晶格結(jié)構(gòu),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(yīng)于結(jié)構(gòu)A、B和C。結(jié)構(gòu)D為傳統(tǒng)的p型摻雜結(jié)構(gòu)。然后對這四種結(jié)構(gòu)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(fù)合效率、載流子濃度分布和能帶結(jié)構(gòu)圖,發(fā)現(xiàn)壘層中A1組分為0.55的p型超晶格結(jié)構(gòu)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(xué)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(jié)構(gòu)B和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)D,對二者進行了實驗表征,包含PL和CL特性的測試,實驗結(jié)果表明新型的p型超晶格DUV-LED的發(fā)光性能和電學(xué)性能相對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)DUV-LED有大幅提升。實驗結(jié)果與APSYS軟件模擬計算的結(jié)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(jié)構(gòu)的DUV-LED可以大幅提高器件性能,這種獨特的設(shè)計方法有良好的應(yīng)用前景和使用價值。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(guān)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(jié)構(gòu)示意圖逡逑在大氣壓強和室溫條件下，ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡＩＮ的晶體結(jié)構(gòu)通常是呈六方對稱逡逑的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，如圖１．２．２（ａ），它們都是有穩(wěn)定熱力學(xué)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的ＩＩＩ族氮化物，閃鋅礦結(jié)構(gòu)的ＧａＮ屬于立方密堆逡逑積結(jié)構(gòu)。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】

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本文編號：2737668