GaN基LED因為其耐潮、耐震、壽命長、節(jié)能環(huán)保和色度飽滿等優(yōu)勢,在綠色照明和微電子等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍,其市場日益受到研究者們的重視。尤其在高品質(zhì)顯示、照明等應(yīng)用中,現(xiàn)有藍(lán)光激發(fā)熒光粉的白光LED照明存在藍(lán)光占比過大、青光缺失、紅光不足等問題,高品質(zhì)無熒光粉全光譜LED照明技術(shù)必將是LED照明的主流。高品質(zhì)無熒光粉全光譜LED一般是由多基色LED組成。其中,GaN基藍(lán)光LED的EQE高達(dá)80%以上,而綠光LED相比較藍(lán)光LED,卻只有40%左右。主要是因為“Green Gap”(黃綠鴻溝),也就是在波長500nm-580nm之間,發(fā)光效率相比其他顏色的光低,這也是最近研究者們一直努力要解決的問題。除了其發(fā)光效率低的問題之外,其低可靠性也嚴(yán)重局限了其在顯示等方面的應(yīng)用。因此綠光作為無熒光粉LED中的重要組成部分,有必要對發(fā)光效率以及可靠性進(jìn)行研究。本論文研究了發(fā)光量子阱個數(shù),p-AlGaN電子阻擋層厚度等參數(shù)對綠光LED光電性能的影響,除此之外還研究了Si襯底GaN基綠光LED器件的電老化可靠性及其失效機理,主要取得了以下研究成果。1.研究了不同發(fā)光量子阱個數(shù)對綠光LED光電性能的影響。結(jié)果表明,隨著綠光量子阱數(shù)從5個增加到9個,AFM圖像中出現(xiàn)V形坑,導(dǎo)致反向漏電流增大。同時,對于量子阱個數(shù)的增加,大電流密度下,外量子效率(EQE)先升高后降低。這些現(xiàn)象與V形坑的尺寸以及由此引起有源區(qū)電子和空穴的分布有關(guān)。本論文綠光LED結(jié)構(gòu)的最佳阱個數(shù)為7。2.研究了具有不同p-AlGaN厚度的含V形坑結(jié)構(gòu)的綠光LED的光電特性。研究發(fā)現(xiàn),電子阻擋層厚度對載流子運輸尤其是空穴運輸有重要影響。在低溫和高電流密度下觀察到兩個側(cè)邊峰,這是由InGaN/GaN超晶格以及在LED結(jié)構(gòu)中靠近n層的綠光多量子阱的發(fā)射。更厚的p-AlGaN,不僅可以屏蔽穿透位錯,而且還能輔助空穴注入到更深的量子阱中,從而提高了器件的量子效率,改善了ESD性能。3.研究了同一外延結(jié)構(gòu)綠光LED的電老化機理,分析了NH_3濃度變化對綠光LED電老化性能的影響。結(jié)果表明在較高的NH_3濃度氛圍下生長的量子阱存在更嚴(yán)重的In偏析,會導(dǎo)致更大的光衰和漏電流。
【學(xué)位單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN312.8
【部分圖文】：

第1章 綜述1 引言GaN 基 LED 因為其耐潮、耐震、壽命長、節(jié)能環(huán)保和色度飽滿等優(yōu)勢，在色照明和微電子等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，如信號燈（指示燈，交通燈）、各顯示（廣告招牌、戶外大屏幕顯示）、汽車車燈、景觀照明等市場日益受到研者們的重視[1,2]。其中單色 GaN 基綠光 LED 主要應(yīng)用在各種顯示（顯示屏、欄管等）、信號燈（指示燈、交通燈等）。目前 GaN 基藍(lán)光 LED 發(fā)光效率在年來有了很大的提升,EQE 高達(dá) 80%以上,而綠光 LED 卻不到 40%[3,4]。從圖 中可以更清楚地看到在可見光波段不同體系材料制作的 LED 在不同波段的光效率的對比，無論是InGaN體系材料還是InGaAlP體系材料在所謂的Greenp——“黃綠光缺失區(qū)”,也就是在波長 500nm-580nm 之間，發(fā)光效率相比較其顏色的光都很低，這也是最近研究者們一直努力要解決的問題[4-6]。

.2 所示[4]。而如今，三基色甚至五基色的混光獲得的白光 LED 比傳統(tǒng)具備競爭力：不會產(chǎn)生額外的能量損耗(如斯托克斯損耗)，顯色指數(shù)高率快等優(yōu)勢。因此，針對綠光效率低下的問題，更迫切需要解決。一為了獲得長波長的綠光發(fā)射波長，通常會考慮兩點，一是量子阱厚度 In 的組分。經(jīng)過研究，目前普遍是通過提高 In 組分來達(dá)成目的。提往往是通過降低量子阱的生長溫度來獲得，這樣勢必會帶來一系列其比如引入更多的點缺陷，摻雜和 V 型缺陷[33]。缺陷所帶來的影響是毋，它在量子阱結(jié)構(gòu)中形成非輻射復(fù)合中心，通過捕獲載流子導(dǎo)致光子，從而降低綠光 LED 的發(fā)光效率。而且，通過增加 In 組分也會加重導(dǎo)致 In 組分分布不均勻，也會降低 LED 的發(fā)光效率。再者，從極化高 In 組分帶來大應(yīng)變，而應(yīng)力增大，極化場也增大，那么電子空穴對離也會減弱載流子輻射復(fù)合的效率。而且考慮生長條件，In 組分的增加來就需要適當(dāng)?shù)亟档蜕L溫度，但生長溫度的降低亦會降低晶體質(zhì)量素的存在都是提高綠光發(fā)光效率的阻礙，要想獲得高光效的綠光 LE削弱甚至克服這些困難，不讓其進(jìn)一步影響 LED 芯片的發(fā)光效率。

第 1 章 綜述1.3.1.1 量子阱/壘生長溫度/氣體環(huán)境/結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化早期藍(lán)光 LED 的量子阱 InGaN/GaN 阱壘層在生長時一般是采用同樣的溫度生長量子阱和量子壘。但是在高溫生長中，In 組分容易分解，不容易并入量子阱有源區(qū)，因此要獲得高 In 組分的 InGaN 量子阱，就必須降低量子阱的生長溫度，這也就意味著要獲得高質(zhì)量的量子阱，其阱溫和壘溫不會相同，否則過低的壘溫導(dǎo)致其晶體質(zhì)量差，達(dá)不到修復(fù)量子阱的作用。因此，針對此問題L.W.Wu 等人研究發(fā)現(xiàn)阱壘采用不同溫度來生長量子阱壘可以提高綠光 LED 的光效，如圖 1.3 所示[34]。用該方法制備出來的綠光 LED 與同溫度生長阱壘相比，LOP 有顯著的增加，從圖 1.3 可以看出 300K 下的 EL 強度，阱壘變溫要比阱壘同溫高出了 86%。盡管光效有所提高，但高溫長壘對 InGaN 量子阱的影響不可避免，于是 2007 年，Ju 等人利用一層薄薄的 GaN 蓋層來保護 InGaN 量子阱不被高溫破壞[35]，有效改善了阱壘之間的界面。

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