p-GaN插入層調(diào)控InGaN基黃綠雙波長(zhǎng)LED發(fā)光光譜
發(fā)布時(shí)間：2021-04-06 19:30
采用MOCVD技術(shù)在硅襯底上生長(zhǎng)了含有7個(gè)黃光量子阱和1個(gè)綠光量子阱的混合有源區(qū)結(jié)構(gòu)的InGaN基黃綠雙波長(zhǎng)LED外延材料,研究了電子阻擋層前p-GaN插入層厚度對(duì)黃綠雙波長(zhǎng)LED載流子分布及外量子效率（EQE）的影響。通過(guò)LED變溫電致發(fā)光測(cè)試系統(tǒng)對(duì)LED光電性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,100 K小電流時(shí)隨著電流密度的增大,三組樣品的綠光峰與黃光峰相對(duì)強(qiáng)度的比值越來(lái)越大,且5.5 A·cm-2的電流密度下,隨著溫度從300 K逐步降低至100 K,三組樣品的綠光峰與黃光峰相對(duì)強(qiáng)度的比值也越來(lái)越大,說(shuō)明其載流子都在更靠近p型層的位置發(fā)生輻射復(fù)合。三組樣品的p-GaN插入層厚度為0,10,30 nm時(shí),EQE峰值依次為29.9%、29.2%和28.2%,呈現(xiàn)依次減小的趨勢(shì),歸因于p-GaN插入層厚度越大,p型層越遠(yuǎn)離有源區(qū),空穴注入也越淺。電子阻擋層前p-GaN插入層可以有效減小器件EL光譜中綠光峰隨著電流密度增加時(shí)峰值波長(zhǎng)的藍(lán)移（33 nm）,實(shí)現(xiàn)了對(duì)低溫發(fā)光光譜的調(diào)控。
【文章來(lái)源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)
【部分圖文】：
三組樣品的外延結(jié)構(gòu)示意圖
圖2(a)、(d)表明樣品A隨著電流密度的增加,其綠光峰和黃光峰的比值持續(xù)增大,說(shuō)明有更多的載流子在末阱的位置發(fā)生輻射復(fù)合,主要原因可能是隨著電流密度的增加,電子數(shù)量比空穴增加的更明顯,導(dǎo)致在末阱附近電子數(shù)量明顯多于空穴,且電子質(zhì)量比空穴輕,遷移率更高,所以空穴在更靠近p型層的位置和電子發(fā)生輻射復(fù)合。當(dāng)電流密度從0.07 A·cm-2增加到10 A·cm-2,樣品A的綠光峰與黃光峰的比值從1.45%增大到69.6%,黃光峰依舊為主要發(fā)光峰;當(dāng)電流密度為20 A·cm-2,比值增大到131.73%,說(shuō)明綠光峰的強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)黃光峰,出現(xiàn)反轉(zhuǎn)成為了主要發(fā)光峰;當(dāng)電流密度從20 A·cm-2增加到50 A·cm-2,綠光峰一直為主要發(fā)光峰。此外,當(dāng)注入電流密度為0.07 A·cm-2時(shí),綠光峰值波長(zhǎng)為539 nm,當(dāng)電流密度增加到50 A·cm-2時(shí),綠光峰值波長(zhǎng)為506 nm,隨著電流密度的增加,其綠光峰藍(lán)移了33 nm。圖2(b)、(d)表明樣品B隨著電流密度從0.07 A·cm-2增加到20 A·cm-2,綠光峰與黃光峰的比值從1%增大到5.25%,原因與樣品A一樣,不再贅述;當(dāng)電流密度從20 A·cm-2增加到50 A·cm-2,比值卻從5.25%減小到2.89%。樣品C的變化規(guī)律和樣品B類似,隨著電流密度的增大,綠光峰與黃光峰的比值先增大后減小,與樣品B不同的是,樣品C綠光峰與黃光峰的比值開(kāi)始減小時(shí)的電流密度為4 A·cm-2,比樣品B的20 A·cm-2提前,可能原因是p-GaN插入層的存在導(dǎo)致EBL對(duì)電子的限制能力減弱,且厚度越大,EBL對(duì)電子的限制能力就越弱,因此隨著電流密度的增大,電子數(shù)量明顯增加,部分電子泄露到p-GaN插入層,使得載流子在綠光量子阱的輻射復(fù)合減少,綠光峰減弱。結(jié)合圖2(a)、(b)、(c)三幅圖可以看出,樣品A隨著電流密度的增加,其綠光峰藍(lán)移了33 nm,而樣品B和C隨著電流密度的增大,綠光峰位置漂移很小,可能是因?yàn)樘幱诰G光阱和EBL之間的p-GaN插入層起到了一定的緩沖作用,減小了EBL對(duì)于綠光阱的應(yīng)力[21-23],其次是因?yàn)榫G光阱前先生長(zhǎng)的黃光阱也可以起到緩沖應(yīng)力的作用,減小了綠光阱所受應(yīng)力[17]。對(duì)比可知,樣品A的綠光峰位置發(fā)生明顯藍(lán)移,可能是EBL對(duì)綠光阱的應(yīng)力較大導(dǎo)致。樣品B、C綠光峰漂移減少還有一個(gè)可能的原因是綠光量子阱中的載流子填充水平低,發(fā)光峰很低就是證據(jù);而樣品A綠光峰藍(lán)移大的一個(gè)原因就是綠光阱的填充越來(lái)越高。圖3 (a)、(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)三組樣品在溫度100 K下電流密度依次為10,35,50 A·cm-2的歸一化光譜曲線,可以看出樣品A在100 K大電流密度下,綠光峰逐漸占據(jù)主導(dǎo)位置,且隨著電流密度的增大,綠光峰呈現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)的趨勢(shì)。樣品B和樣品C在100 K大電流密度下,發(fā)光峰依舊以黃光峰為主,而綠光峰的強(qiáng)度隨著電流密度的增加呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。造成上述現(xiàn)象的主要原因可能是樣品A的綠光阱和EBL距離更近,其EBL對(duì)電子可以起到很好的限制作用;而樣品B和C的綠光阱與EBL之間的p-GaN插入層導(dǎo)致EBL對(duì)電子的限制作用減弱,使電子泄漏到p-GaN插入層,且p-GaN插入層可能由于缺陷較多,很難觀察到泄露峰。圖3(d)為三組樣品的歸一化IQE隨電流密度變化的曲線,可以發(fā)現(xiàn)在大電流密度下,樣品A有一個(gè)明顯的起伏,這是樣品A發(fā)光峰由黃光峰變化為綠光峰時(shí)的現(xiàn)象,與前面樣品A的光譜現(xiàn)象一致。
圖3 100 K時(shí),三組樣品在10(a),35(b),50(c) A·cm-2電流密度下的歸一化光譜曲線及三組樣品的IQE隨電流密度的變化曲線(d)。圖5是A、B和C三組樣品在室溫測(cè)試條件下的外量子效率 (EQE) 隨電流密度變化的曲線,可以看出A、B和C三組樣品的EQE最大值分別為29.9%、29.2%和28.2%,呈現(xiàn)出依次減小的變化趨勢(shì)。原因可能是空穴主要集中在靠近p型層的位置,而由于p-GaN插入層的Mg濃度相對(duì)較低,其厚度越大,將會(huì)導(dǎo)致p型層的位置越遠(yuǎn)離有源區(qū),空穴注入的也就越淺,不能夠到達(dá)更深層次的黃光量子阱處;其次還可能存在的原因?yàn)榇笞⑷腚娏髅芏认?樣品B和C的EBL對(duì)電子限制能力減弱導(dǎo)致電子泄露到p-GaN插入層。這兩方面原因均不利于載流子的輻射復(fù)合,因此三組樣品的EQE呈現(xiàn)出了A>B>C的規(guī)律。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電子阻擋層Al組分對(duì)Si襯底GaN基黃光LED內(nèi)量子效率的影響[J]. 胡耀文,高江東,全知覺(jué),張建立,潘拴,劉軍林,江風(fēng)益. 發(fā)光學(xué)報(bào). 2019(09)
[2]低藍(lán)光危害的白光LED光源的光譜設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 周孟欣,朱大慶,廖欣怡. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2019(18)
[3]Efficient InGaN-based yellow-light-emitting diodes[J]. FENGYI JIANG,JIANLI ZHANG,LONGQUAN XU,JIE DING,GUANGXU WANG,XIAOMING WU,XIAOLAN WANG,CHUNLAN MO,ZHIJUE QUAN,XING GUO,CHANGDA ZHENG,SHUAN PAN,JUNLIN LIU. Photonics Research. 2019(02)
[4]LED微陣列投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 馮思悅,梁靜秋,梁中翥,呂金光,陶金,王維彪,秦余欣,孟德佳. 中國(guó)光學(xué). 2019(01)
[5]用于激光背光源電視的掃描分光與消散斑系統(tǒng)[J]. 宋少華,仝召民. 光學(xué)精密工程. 2019(02)
[6]多基色全光譜白光LED混光研究[J]. 吳一新,杜罡,李曉艷. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(25)
[7]全光譜LED發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J]. 李琪,辛易. 中國(guó)照明電器. 2017(03)
[8]五基色LED照明光源技術(shù)進(jìn)展[J]. 劉軍林,莫春蘭,張建立,王光緒,徐龍權(quán),丁杰,李樹(shù)強(qiáng),王小蘭,吳小明,潘拴,方芳,全知覺(jué),鄭暢達(dá),郭醒,陳芳,江風(fēng)益. 照明工程學(xué)報(bào). 2017(01)
[9]硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管[J]. 江風(fēng)益,劉軍林,王立,熊傳兵,方文卿,莫春蘭,湯英文,王光緒,徐龍權(quán),丁杰,王小蘭,全知覺(jué),張建立,張萌,潘拴,鄭暢達(dá). 中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2015(06)
[10]p-AlGaN電子阻擋層Al組分對(duì)Si襯底綠光LED性能影響的研究[J]. 毛清華,江風(fēng)益,程海英,鄭暢達(dá). 物理學(xué)報(bào). 2010(11)
本文編號(hào)：3122001
【文章來(lái)源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2020,41(02)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)
【部分圖文】：
三組樣品的外延結(jié)構(gòu)示意圖
圖2(a)、(d)表明樣品A隨著電流密度的增加,其綠光峰和黃光峰的比值持續(xù)增大,說(shuō)明有更多的載流子在末阱的位置發(fā)生輻射復(fù)合,主要原因可能是隨著電流密度的增加,電子數(shù)量比空穴增加的更明顯,導(dǎo)致在末阱附近電子數(shù)量明顯多于空穴,且電子質(zhì)量比空穴輕,遷移率更高,所以空穴在更靠近p型層的位置和電子發(fā)生輻射復(fù)合。當(dāng)電流密度從0.07 A·cm-2增加到10 A·cm-2,樣品A的綠光峰與黃光峰的比值從1.45%增大到69.6%,黃光峰依舊為主要發(fā)光峰;當(dāng)電流密度為20 A·cm-2,比值增大到131.73%,說(shuō)明綠光峰的強(qiáng)度已經(jīng)超過(guò)黃光峰,出現(xiàn)反轉(zhuǎn)成為了主要發(fā)光峰;當(dāng)電流密度從20 A·cm-2增加到50 A·cm-2,綠光峰一直為主要發(fā)光峰。此外,當(dāng)注入電流密度為0.07 A·cm-2時(shí),綠光峰值波長(zhǎng)為539 nm,當(dāng)電流密度增加到50 A·cm-2時(shí),綠光峰值波長(zhǎng)為506 nm,隨著電流密度的增加,其綠光峰藍(lán)移了33 nm。圖2(b)、(d)表明樣品B隨著電流密度從0.07 A·cm-2增加到20 A·cm-2,綠光峰與黃光峰的比值從1%增大到5.25%,原因與樣品A一樣,不再贅述;當(dāng)電流密度從20 A·cm-2增加到50 A·cm-2,比值卻從5.25%減小到2.89%。樣品C的變化規(guī)律和樣品B類似,隨著電流密度的增大,綠光峰與黃光峰的比值先增大后減小,與樣品B不同的是,樣品C綠光峰與黃光峰的比值開(kāi)始減小時(shí)的電流密度為4 A·cm-2,比樣品B的20 A·cm-2提前,可能原因是p-GaN插入層的存在導(dǎo)致EBL對(duì)電子的限制能力減弱,且厚度越大,EBL對(duì)電子的限制能力就越弱,因此隨著電流密度的增大,電子數(shù)量明顯增加,部分電子泄露到p-GaN插入層,使得載流子在綠光量子阱的輻射復(fù)合減少,綠光峰減弱。結(jié)合圖2(a)、(b)、(c)三幅圖可以看出,樣品A隨著電流密度的增加,其綠光峰藍(lán)移了33 nm,而樣品B和C隨著電流密度的增大,綠光峰位置漂移很小,可能是因?yàn)樘幱诰G光阱和EBL之間的p-GaN插入層起到了一定的緩沖作用,減小了EBL對(duì)于綠光阱的應(yīng)力[21-23],其次是因?yàn)榫G光阱前先生長(zhǎng)的黃光阱也可以起到緩沖應(yīng)力的作用,減小了綠光阱所受應(yīng)力[17]。對(duì)比可知,樣品A的綠光峰位置發(fā)生明顯藍(lán)移,可能是EBL對(duì)綠光阱的應(yīng)力較大導(dǎo)致。樣品B、C綠光峰漂移減少還有一個(gè)可能的原因是綠光量子阱中的載流子填充水平低,發(fā)光峰很低就是證據(jù);而樣品A綠光峰藍(lán)移大的一個(gè)原因就是綠光阱的填充越來(lái)越高。圖3 (a)、(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)三組樣品在溫度100 K下電流密度依次為10,35,50 A·cm-2的歸一化光譜曲線,可以看出樣品A在100 K大電流密度下,綠光峰逐漸占據(jù)主導(dǎo)位置,且隨著電流密度的增大,綠光峰呈現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)的趨勢(shì)。樣品B和樣品C在100 K大電流密度下,發(fā)光峰依舊以黃光峰為主,而綠光峰的強(qiáng)度隨著電流密度的增加呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。造成上述現(xiàn)象的主要原因可能是樣品A的綠光阱和EBL距離更近,其EBL對(duì)電子可以起到很好的限制作用;而樣品B和C的綠光阱與EBL之間的p-GaN插入層導(dǎo)致EBL對(duì)電子的限制作用減弱,使電子泄漏到p-GaN插入層,且p-GaN插入層可能由于缺陷較多,很難觀察到泄露峰。圖3(d)為三組樣品的歸一化IQE隨電流密度變化的曲線,可以發(fā)現(xiàn)在大電流密度下,樣品A有一個(gè)明顯的起伏,這是樣品A發(fā)光峰由黃光峰變化為綠光峰時(shí)的現(xiàn)象,與前面樣品A的光譜現(xiàn)象一致。
圖3 100 K時(shí),三組樣品在10(a),35(b),50(c) A·cm-2電流密度下的歸一化光譜曲線及三組樣品的IQE隨電流密度的變化曲線(d)。圖5是A、B和C三組樣品在室溫測(cè)試條件下的外量子效率 (EQE) 隨電流密度變化的曲線,可以看出A、B和C三組樣品的EQE最大值分別為29.9%、29.2%和28.2%,呈現(xiàn)出依次減小的變化趨勢(shì)。原因可能是空穴主要集中在靠近p型層的位置,而由于p-GaN插入層的Mg濃度相對(duì)較低,其厚度越大,將會(huì)導(dǎo)致p型層的位置越遠(yuǎn)離有源區(qū),空穴注入的也就越淺,不能夠到達(dá)更深層次的黃光量子阱處;其次還可能存在的原因?yàn)榇笞⑷腚娏髅芏认?樣品B和C的EBL對(duì)電子限制能力減弱導(dǎo)致電子泄露到p-GaN插入層。這兩方面原因均不利于載流子的輻射復(fù)合,因此三組樣品的EQE呈現(xiàn)出了A>B>C的規(guī)律。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電子阻擋層Al組分對(duì)Si襯底GaN基黃光LED內(nèi)量子效率的影響[J]. 胡耀文,高江東,全知覺(jué),張建立,潘拴,劉軍林,江風(fēng)益. 發(fā)光學(xué)報(bào). 2019(09)
[2]低藍(lán)光危害的白光LED光源的光譜設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 周孟欣,朱大慶,廖欣怡. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2019(18)
[3]Efficient InGaN-based yellow-light-emitting diodes[J]. FENGYI JIANG,JIANLI ZHANG,LONGQUAN XU,JIE DING,GUANGXU WANG,XIAOMING WU,XIAOLAN WANG,CHUNLAN MO,ZHIJUE QUAN,XING GUO,CHANGDA ZHENG,SHUAN PAN,JUNLIN LIU. Photonics Research. 2019(02)
[4]LED微陣列投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 馮思悅,梁靜秋,梁中翥,呂金光,陶金,王維彪,秦余欣,孟德佳. 中國(guó)光學(xué). 2019(01)
[5]用于激光背光源電視的掃描分光與消散斑系統(tǒng)[J]. 宋少華,仝召民. 光學(xué)精密工程. 2019(02)
[6]多基色全光譜白光LED混光研究[J]. 吳一新,杜罡,李曉艷. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2018(25)
[7]全光譜LED發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J]. 李琪,辛易. 中國(guó)照明電器. 2017(03)
[8]五基色LED照明光源技術(shù)進(jìn)展[J]. 劉軍林,莫春蘭,張建立,王光緒,徐龍權(quán),丁杰,李樹(shù)強(qiáng),王小蘭,吳小明,潘拴,方芳,全知覺(jué),鄭暢達(dá),郭醒,陳芳,江風(fēng)益. 照明工程學(xué)報(bào). 2017(01)
[9]硅襯底高光效GaN基藍(lán)色發(fā)光二極管[J]. 江風(fēng)益,劉軍林,王立,熊傳兵,方文卿,莫春蘭,湯英文,王光緒,徐龍權(quán),丁杰,王小蘭,全知覺(jué),張建立,張萌,潘拴,鄭暢達(dá). 中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2015(06)
[10]p-AlGaN電子阻擋層Al組分對(duì)Si襯底綠光LED性能影響的研究[J]. 毛清華,江風(fēng)益,程海英,鄭暢達(dá). 物理學(xué)報(bào). 2010(11)
本文編號(hào)：3122001
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