商用二維Ga N基薄膜LED外延結構的高位錯密度、效率驟降、量子限制斯塔克效應、綠隙等問題嚴重影響了其在大功率、高亮度及長壽命全彩LED中的應用,因而開展新型GaN微/納陣列結構的生長與光電性能研究具有重要意義。本文通過金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)原位沉積SiN_x掩模層后,首先成功生長了類金字塔狀GaN微米錐,詳細研究了溫度、時間、V/III比和壓力等條件對其形貌的影響;接下來在類金字塔狀GaN微米錐上外延生長三個周期的InGaN/GaN多量子阱,詳細研究了其發(fā)光性能及機理。具體研究結果如下:(1)生長溫度會極大地影響MOCVD中的原子遷移速率,進而對類金字塔狀GaN微米錐的形貌有較大影響,當溫度為1075°C時,能生長出具有六個半極性{10-11}晶面和一個很小的(0001)晶面的類金字塔狀GaN微米錐;其次生長時間會對類金字塔狀GaN微米錐的尺寸和密度產(chǎn)生影響,隨著時間的延長,尺寸增大,密度降低;最后V/III比和壓力會影響其半極性面的生長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;通過對其表面進一步分析發(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)外延生長三個周期的InGaN/GaN多量子阱后形成了類金字塔狀InGaN/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InGaN/GaN微米錐不同位置處的陰極熒光發(fā)光波長不同,表明In元素在其表面不同位置處分布有所差異;微觀結構分析發(fā)現(xiàn),In原子會在類金字塔狀InGaN/GaN微米錐的表面遷移,導致不同位置InGaN/GaN多量子阱的厚度不同,并且發(fā)現(xiàn)其特殊的光學性質是由于Ga原子與In原子不同的遷移速率導致的;類金字塔狀InGaN/GaN微米錐的發(fā)光波長隨微區(qū)光致發(fā)光光譜激發(fā)功率密度的增加藍移量很小,表明其半極性面極化場較弱。這種類金字塔狀InGaN/GaN微米錐LED結構通過優(yōu)化后,可以有效實現(xiàn)全彩發(fā)光。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

圖 1-1 纖鋅礦 GaN 的晶體結構Fig.1-1 Wurtzite GaN structure寬度，在常溫下為 3.37eV，可以通高的電導率和熱導率，因此可以在有較高的電子和空穴遷移率，響應速如表 1-1 所示：表 1-1 兩種 GaN 晶體結構的性質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、藍三種芯片的白光 LED 結構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光加熒光粉的方式實現(xiàn)的，一分藍光通過熒光粉傳輸了出來，而另一部分則會被熒光粉吸收之后，發(fā)光紅光和綠光光)，紅綠藍三種顏色的光組合即可實現(xiàn)白光發(fā)射，其過程如圖 1-3(b)所示。Shimizu人進過大量的實驗后發(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光并發(fā)出紅光和綠光。通過藍光LED激發(fā)YAG的方法首先由Shim等人提出并實現(xiàn)，Bando 等人對其進行了進一步的研究[37-38]，隨后 Nakamura 和 Faso人在綜述中詳細描述了這種方法[39]。至此，藍光激發(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)點是制備簡單，效率極高且每芯片只需一個驅動電路驅動即可。

圖 1-2 (a) 白光 LED 燈泡 (b)包含紅、綠、藍三種芯片的白光 LED 結構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光加熒光粉的方式實現(xiàn)的，一通過熒光粉傳輸了出來，而另一部分則會被熒光粉吸收之后，發(fā)光紅光和綠光綠藍三種顏色的光組合即可實現(xiàn)白光發(fā)射，其過程如圖 1-3(b)所示。Shimizu大量的實驗后發(fā)現(xiàn)，鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG:Ce)是一種非常合適的熒光粉，這能夠吸收藍光并發(fā)出紅光和綠光。通過藍光LED激發(fā)YAG的方法首先由Shim出并實現(xiàn)，Bando 等人對其進行了進一步的研究[37-38]，隨后 Nakamura 和 Fasol述中詳細描述了這種方法[39]。至此，藍光激發(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)點是制備簡單，效率極高且每需一個驅動電路驅動即可。

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 李國強;楊慧;;Si襯底氮化物LED器件的研究進展[J];半導體光電;2012年02期

2 許晟瑞;郝躍;張進成;周小偉;曹艷榮;歐新秀;毛維;杜大超;王昊;;The etching of a-plane GaN epilayers grown by metal-organic chemical vapour deposition[J];Chinese Physics B;2010年10期

3 賈婷婷;林輝;滕浩;侯肖瑞;王軍;周圣明;;異質襯底上HVPE法生長GaN厚膜的研究進展[J];人工晶體學報;2009年02期

4 彭冬生;馮玉春;牛憨笨;;MOCVD法橫向外延過生長GaN薄膜[J];電子元件與材料;2009年02期

5 大谷義彥;夏晨;;LED照明現(xiàn)狀與未來展望[J];中國照明電器;2007年06期

6 ;Different properties of GaN-based LED grown on Si(111) and transferred onto new substrate[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2006年03期

7 艾偉偉;郭霞;劉斌;宋穎娉;劉瑩;沈光地;;GaN基發(fā)光二極管的可靠性研究進展[J];半導體技術;2006年03期

8 劉堅斌,李培咸,郝躍;高亮度GaN基藍光與白光LED的研究和進展[J];量子電子學報;2005年05期

9 楊輝,陳良惠,張書明,種明,朱建軍,趙德剛,葉小軍,李德堯,劉宗順,段俐宏,趙偉,王海,史永生,曹青,孫捷,陳俊,劉素英,金瑞琴,梁駿吾;GaN基藍紫光激光器的材料生長和器件研制(英文)[J];半導體學報;2005年02期

本文編號：2830179