商用二維Ga N基薄膜LED外延結(jié)構(gòu)的高位錯(cuò)密度、效率驟降、量子限制斯塔克效應(yīng)、綠隙等問題嚴(yán)重影響了其在大功率、高亮度及長(zhǎng)壽命全彩LED中的應(yīng)用,因而開展新型GaN微/納陣列結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)與光電性能研究具有重要意義。本文通過金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)原位沉積SiN_x掩模層后,首先成功生長(zhǎng)了類金字塔狀GaN微米錐,詳細(xì)研究了溫度、時(shí)間、V/III比和壓力等條件對(duì)其形貌的影響;接下來在類金字塔狀GaN微米錐上外延生長(zhǎng)三個(gè)周期的InGaN/GaN多量子阱,詳細(xì)研究了其發(fā)光性能及機(jī)理。具體研究結(jié)果如下:(1)生長(zhǎng)溫度會(huì)極大地影響MOCVD中的原子遷移速率,進(jìn)而對(duì)類金字塔狀GaN微米錐的形貌有較大影響,當(dāng)溫度為1075°C時(shí),能生長(zhǎng)出具有六個(gè)半極性{10-11}晶面和一個(gè)很小的(0001)晶面的類金字塔狀GaN微米錐;其次生長(zhǎng)時(shí)間會(huì)對(duì)類金字塔狀GaN微米錐的尺寸和密度產(chǎn)生影響,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),尺寸增大,密度降低;最后V/III比和壓力會(huì)影響其半極性面的生長(zhǎng)速率從而影響其形貌,在高壓低V/III的條件下,類金字塔狀GaN微米錐尺寸較大,而在低壓高V/III比條件下微米錐尺寸較小;通過對(duì)其表面進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),類金字塔狀GaN微米錐的半極性面是N面。(2)在類金字塔狀GaN微米錐上繼續(xù)外延生長(zhǎng)三個(gè)周期的InGaN/GaN多量子阱后形成了類金字塔狀I(lǐng)nGaN/GaN微米錐。InGaN/GaN多量子阱沉積之后類金字塔狀GaN微米錐頂部的(0001)面消失;類金字塔狀I(lǐng)nGaN/GaN微米錐不同位置處的陰極熒光發(fā)光波長(zhǎng)不同,表明In元素在其表面不同位置處分布有所差異;微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),In原子會(huì)在類金字塔狀I(lǐng)nGaN/GaN微米錐的表面遷移,導(dǎo)致不同位置InGaN/GaN多量子阱的厚度不同,并且發(fā)現(xiàn)其特殊的光學(xué)性質(zhì)是由于Ga原子與In原子不同的遷移速率導(dǎo)致的;類金字塔狀I(lǐng)nGaN/GaN微米錐的發(fā)光波長(zhǎng)隨微區(qū)光致發(fā)光光譜激發(fā)功率密度的增加藍(lán)移量很小,表明其半極性面極化場(chǎng)較弱。這種類金字塔狀I(lǐng)nGaN/GaN微米錐LED結(jié)構(gòu)通過優(yōu)化后,可以有效實(shí)現(xiàn)全彩發(fā)光。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

圖 1-1 纖鋅礦 GaN 的晶體結(jié)構(gòu)Fig.1-1 Wurtzite GaN structure寬度，在常溫下為 3.37eV，可以通高的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，因此可以在有較高的電子和空穴遷移率，響應(yīng)速如表 1-1 所示：表 1-1 兩種 GaN 晶體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)Table 1-1 Properties of two GaN crystal strWurtize GaN 3.37 eV (300 K)

圖 1-2 (a) 白光 LED 燈泡 (b)包含紅、綠、藍(lán)三種芯片的白光 LED 結(jié)構(gòu)Fig. 1-2 (a) Perspective view and (b) top view of multi-LED-chip white LED consisting of a red (green (G), and blue (B) LED chip第三種也是最成功的一種獲得白光的方法是通過藍(lán)光加熒光粉的方式實(shí)現(xiàn)的，一分藍(lán)光通過熒光粉傳輸了出來，而另一部分則會(huì)被熒光粉吸收之后，發(fā)光紅光和綠光光)，紅綠藍(lán)三種顏色的光組合即可實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，其過程如圖 1-3(b)所示。Shimizu人進(jìn)過大量的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG:Ce)是一種非常合適的熒光粉，這熒光粉能夠吸收藍(lán)光并發(fā)出紅光和綠光。通過藍(lán)光LED激發(fā)YAG的方法首先由Shim等人提出并實(shí)現(xiàn)，Bando 等人對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的研究[37-38]，隨后 Nakamura 和 Faso人在綜述中詳細(xì)描述了這種方法[39]。至此，藍(lán)光激發(fā) YAG 熒光粉成為了制備白光 L的主流方法，并獲得了商業(yè)上的巨大成功。該方法的優(yōu)點(diǎn)是制備簡(jiǎn)單，效率極高且每芯片只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)即可。

圖 1-2 (a) 白光 LED 燈泡 (b)包含紅、綠、藍(lán)三種芯片的白光 LED 結(jié)構(gòu)ig. 1-2 (a) Perspective view and (b) top view of multi-LED-chip white LED consisting of a red (Rgreen (G), and blue (B) LED chip三種也是最成功的一種獲得白光的方法是通過藍(lán)光加熒光粉的方式實(shí)現(xiàn)的，一通過熒光粉傳輸了出來，而另一部分則會(huì)被熒光粉吸收之后，發(fā)光紅光和綠光綠藍(lán)三種顏色的光組合即可實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射，其過程如圖 1-3(b)所示。Shimizu大量的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG:Ce)是一種非常合適的熒光粉，這能夠吸收藍(lán)光并發(fā)出紅光和綠光。通過藍(lán)光LED激發(fā)YAG的方法首先由Shim出并實(shí)現(xiàn)，Bando 等人對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的研究[37-38]，隨后 Nakamura 和 Fasol述中詳細(xì)描述了這種方法[39]。至此，藍(lán)光激發(fā) YAG 熒光粉成為了制備白光 L方法，并獲得了商業(yè)上的巨大成功。該方法的優(yōu)點(diǎn)是制備簡(jiǎn)單，效率極高且每需一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)即可。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2830179