InGaN/GaN界面對Si基GaN黃綠光LED性能影響的研究
發(fā)布時間：2021-07-16 17:10
縱觀半導體照明技術的發(fā)展史,黃綠光等長波段的GaN基LED較低的發(fā)光效率,一直是半導體照明技術在照明領域得到廣泛應用的一大阻礙。為了獲得照明用的白光,目前使用廣泛的方法是用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉。但是這種方法由于其藍光含量較高,容易帶來顯示指數(shù)與色溫之間的失調(diào),并且具有“藍光危害”等潛在風險。所以,研究者們開始尋找更為均衡,更為健康的光源。而多基色LED混合形成白光就是一種行之有效的解決方案。但是此種方案實現(xiàn)的前提,是各個波段的LED都能達到較高的發(fā)光效率。遺憾的是,目前無論是InGaN材料路線還是AlGaInP材料路線,其黃綠光波段的LED的發(fā)光效率均處在較低的水平,這也是多基色合成白光LED的難點所在。本論文在本單位前期已經(jīng)在長波長LED的研究中取得較大突破的基礎上,通過對InGaN/GaN準備層生長方法的優(yōu)化,研究其對InGaN/GaN準備層和量子阱的界面質(zhì)量以及長波長LED光電性能的影響,并取得了以下的研究成果:1.通過在準備層GaN壘的生長過程中,引入不同時長的H2進行處理,研究了 H2處理準備層GaN壘的時長對黃綠光LED的準備層界面質(zhì)量,量子阱晶體質(zhì)量及光電性能的影響。...
【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．４１氮化物的反應平衡常數(shù)與溫度的關系ｌ２６］??
?第１章緒論???１．４．２有源區(qū)極化電場??／—?ｃａｔｉｏｎ??／?＞—?ａｎｉｏｎ??Ｌｉｙ?ｊＪ?｜??１％．?Ｖ?ｘＩｔ／??心?－一?ｋ＼????．．．．．．＂一—??圖１．４２六方纖鋅礦晶體結構丨３４】??如圖１．４２所示［３４１由于纖鋅礦ＧａＮ是六方對稱結構，存在著正負兩個電荷??中心，因此會發(fā)生自發(fā)極化和壓電極化。并且根據(jù)ＰｉｐｒｅｋＪ的觀測，量子阱內(nèi)極??化電場的強度是隨著丨ｎ組分的含量呈線性增加的１３５］。尤其對于黃綠光ＬＥＤ來??說，其內(nèi)部的極化電場強度達到了一個很高的水平，高的極化電場會產(chǎn)生較強的??量子限制斯達克效應（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｍｅｍｅｎｔｓｔａｒｋｅｆｆｅｃｔ?簡稱?ＱＣＳＥ）?［３６，３７］，使得??阱內(nèi)電子與空穴的波函數(shù)分離，最終導致載流子復合率下降，加劇載流子的泄露。??由于壓電電場是沿ｃ軸方向產(chǎn)生的，在非極性面（相對于ｃ面垂直的ａ面??或ｍ面）的法線上，或半極性面（相對于ｃ軸傾斜的ｘ斜面）的法線上生長可??以弱化壓電場的影響。因此在非極性或半極性襯底上生長ＧａＮ基ＬＥＤ是一種??從源頭上減小壓電效應的方法，不少學者對這種方法進行嘗試，并取得了一些研??究進展［３８４（）】。但是，由于非極性或半極性襯底的成本較高，這樣的方法現(xiàn)在還只??能停留在實驗室階段，難以大規(guī)模地應用。??目前最常用的降低量子阱中極化效應的方法是，在阱前插入一層??ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超晶格（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｈ簡稱ＳＬ）應力準備層來釋放應力。研究表明，??與直接生長在ｎ－ＧａＮ上的量子阱相比，插入了應力準備層的樣品的阱內(nèi)應力得??到釋放，晶體質(zhì)量和發(fā)光效率都得到了大幅提高
?第１章緒論???顯的效果。但是，當Ｈ２的量過多時，也會造成丨ｎＧａＮ量子阱的分解，使得阱皇??之間的界面反而變得更差［４９－５１］。這證明在生長過程匯總采用Ｈ２處理ＧａＮ量子壘??對于提升界面質(zhì)量是有效的，但是Ｈ２的使用不宜過量。??１．５多量子阱中的Ｖ形坑??１．５．１?Ｖ形坑的結構??Ｖ形坑是一種在ＧａＮ基ＬＥＤ中常見的一種缺陷，由于其橫截面像一個Ｖ??字而得名。如圖１．５１所示，它的形狀是倒六角金字塔狀，由六個（１０－１１）側面??包圍形成，每個側面與（０００１）面呈６２°角，與中心軸的夾角約為２８°?［５２１。圖??１．５２為Ｖ形坑的剖面ＳＴＥＭ照片可以看出，Ｖ形坑的中心通常會有－？根貫??穿Ｖ形坑底部的位錯線。圖片中的亮條紋為Ｉｎ含量較高的量子阱，可以看出，??在包含Ｖ形坑的量子阱結構中，不僅平臺處有量子阱，在Ｖ形坑的側壁，同樣??存在量子阱區(qū)域。相比于平臺量子阱，側壁量子阱的阱寬更小，且Ｉｎ的含量更??低［５４】。??Ｗ??圖１．５１?Ｖ形坑的結構示意圖??１０??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]半導體黃光發(fā)光二極管新材料新器件新設備[J]. 江風益,劉軍林,張建立,徐龍權,丁杰,王光緒,全知覺,吳小明,趙鵬,劉苾雨,李丹,王小蘭,鄭暢達,潘拴,方芳,莫春蘭. 物理學報. 2019(16)
[2]五基色LED照明光源技術進展[J]. 劉軍林,莫春蘭,張建立,王光緒,徐龍權,丁杰,李樹強,王小蘭,吳小明,潘拴,方芳,全知覺,鄭暢達,郭醒,陳芳,江風益. 照明工程學報. 2017(01)
[3]壘溫對硅襯底GaN基藍光LED發(fā)光效率的影響[J]. 高江東,劉軍林,徐龍權,王光緒,丁杰,陶喜霞,張建立,潘拴,吳小明,莫春蘭,王小蘭,全知覺,鄭暢達,方芳,江風益. 發(fā)光學報. 2016(02)
[4]GaN基發(fā)光二極管襯底材料的研究進展[J]. 陳偉超,唐慧麗,羅平,麻尉蔚,徐曉東,錢小波,姜大朋,吳鋒,王靜雅,徐軍. 物理學報. 2014(06)
[5]The improvement of Al2O3 /AlGaN/GaN MISHEMT performance by N2 plasma pretreatment[J]. 馮倩,田園,畢志偉,岳遠征,倪金玉,張進成,郝躍,楊林安. Chinese Physics B. 2009(07)
博士論文
[1]GaN/Si基綠光LED外延設計與效率提升研究[D]. 江興安.南昌大學 2019
[2]含V形坑的Si襯底GaN基單量子阱綠光LED有源區(qū)研究[D]. 吳慶豐.南昌大學 2019
[3]準備層及量子阱區(qū)生長條件對Si襯底GaN基LED性能影響的研究[D]. 齊維靖.南昌大學 2018
[4]含V形坑的Si襯底GaN基藍光LED發(fā)光性能研究[D]. 吳小明.南昌大學 2014
碩士論文
[1]AlGaN電子阻擋層對Si襯底GaN基綠光LED性能影響的研究[D]. 余浩.南昌大學 2019
[2]量子壘結構與生長方法對Si襯底GaN基長波長LED性能影響的研究[D]. 胡耀文.南昌大學 2019
[3]硅襯底GaN基綠光LED的量子阱結構對光電性能影響的研究[D]. 王振旭.南昌大學 2019
[4]噴淋頭高度調(diào)節(jié)InGaN/GaN量子阱生長及n-AlGaN電子阻擋層的模擬研究[D]. 柯昀潔.大連理工大學 2013
本文編號：3287413
【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．４１氮化物的反應平衡常數(shù)與溫度的關系ｌ２６］??
?第１章緒論???１．４．２有源區(qū)極化電場??／—?ｃａｔｉｏｎ??／?＞—?ａｎｉｏｎ??Ｌｉｙ?ｊＪ?｜??１％．?Ｖ?ｘＩｔ／??心?－一?ｋ＼????．．．．．．＂一—??圖１．４２六方纖鋅礦晶體結構丨３４】??如圖１．４２所示［３４１由于纖鋅礦ＧａＮ是六方對稱結構，存在著正負兩個電荷??中心，因此會發(fā)生自發(fā)極化和壓電極化。并且根據(jù)ＰｉｐｒｅｋＪ的觀測，量子阱內(nèi)極??化電場的強度是隨著丨ｎ組分的含量呈線性增加的１３５］。尤其對于黃綠光ＬＥＤ來??說，其內(nèi)部的極化電場強度達到了一個很高的水平，高的極化電場會產(chǎn)生較強的??量子限制斯達克效應（ｑｕａｎｔｕｍｃｏｎｆｍｅｍｅｎｔｓｔａｒｋｅｆｆｅｃｔ?簡稱?ＱＣＳＥ）?［３６，３７］，使得??阱內(nèi)電子與空穴的波函數(shù)分離，最終導致載流子復合率下降，加劇載流子的泄露。??由于壓電電場是沿ｃ軸方向產(chǎn)生的，在非極性面（相對于ｃ面垂直的ａ面??或ｍ面）的法線上，或半極性面（相對于ｃ軸傾斜的ｘ斜面）的法線上生長可??以弱化壓電場的影響。因此在非極性或半極性襯底上生長ＧａＮ基ＬＥＤ是一種??從源頭上減小壓電效應的方法，不少學者對這種方法進行嘗試，并取得了一些研??究進展［３８４（）】。但是，由于非極性或半極性襯底的成本較高，這樣的方法現(xiàn)在還只??能停留在實驗室階段，難以大規(guī)模地應用。??目前最常用的降低量子阱中極化效應的方法是，在阱前插入一層??ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超晶格（Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｈ簡稱ＳＬ）應力準備層來釋放應力。研究表明，??與直接生長在ｎ－ＧａＮ上的量子阱相比，插入了應力準備層的樣品的阱內(nèi)應力得??到釋放，晶體質(zhì)量和發(fā)光效率都得到了大幅提高
?第１章緒論???顯的效果。但是，當Ｈ２的量過多時，也會造成丨ｎＧａＮ量子阱的分解，使得阱皇??之間的界面反而變得更差［４９－５１］。這證明在生長過程匯總采用Ｈ２處理ＧａＮ量子壘??對于提升界面質(zhì)量是有效的，但是Ｈ２的使用不宜過量。??１．５多量子阱中的Ｖ形坑??１．５．１?Ｖ形坑的結構??Ｖ形坑是一種在ＧａＮ基ＬＥＤ中常見的一種缺陷，由于其橫截面像一個Ｖ??字而得名。如圖１．５１所示，它的形狀是倒六角金字塔狀，由六個（１０－１１）側面??包圍形成，每個側面與（０００１）面呈６２°角，與中心軸的夾角約為２８°?［５２１。圖??１．５２為Ｖ形坑的剖面ＳＴＥＭ照片可以看出，Ｖ形坑的中心通常會有－？根貫??穿Ｖ形坑底部的位錯線。圖片中的亮條紋為Ｉｎ含量較高的量子阱，可以看出，??在包含Ｖ形坑的量子阱結構中，不僅平臺處有量子阱，在Ｖ形坑的側壁，同樣??存在量子阱區(qū)域。相比于平臺量子阱，側壁量子阱的阱寬更小，且Ｉｎ的含量更??低［５４】。??Ｗ??圖１．５１?Ｖ形坑的結構示意圖??１０??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]半導體黃光發(fā)光二極管新材料新器件新設備[J]. 江風益,劉軍林,張建立,徐龍權,丁杰,王光緒,全知覺,吳小明,趙鵬,劉苾雨,李丹,王小蘭,鄭暢達,潘拴,方芳,莫春蘭. 物理學報. 2019(16)
[2]五基色LED照明光源技術進展[J]. 劉軍林,莫春蘭,張建立,王光緒,徐龍權,丁杰,李樹強,王小蘭,吳小明,潘拴,方芳,全知覺,鄭暢達,郭醒,陳芳,江風益. 照明工程學報. 2017(01)
[3]壘溫對硅襯底GaN基藍光LED發(fā)光效率的影響[J]. 高江東,劉軍林,徐龍權,王光緒,丁杰,陶喜霞,張建立,潘拴,吳小明,莫春蘭,王小蘭,全知覺,鄭暢達,方芳,江風益. 發(fā)光學報. 2016(02)
[4]GaN基發(fā)光二極管襯底材料的研究進展[J]. 陳偉超,唐慧麗,羅平,麻尉蔚,徐曉東,錢小波,姜大朋,吳鋒,王靜雅,徐軍. 物理學報. 2014(06)
[5]The improvement of Al2O3 /AlGaN/GaN MISHEMT performance by N2 plasma pretreatment[J]. 馮倩,田園,畢志偉,岳遠征,倪金玉,張進成,郝躍,楊林安. Chinese Physics B. 2009(07)
博士論文
[1]GaN/Si基綠光LED外延設計與效率提升研究[D]. 江興安.南昌大學 2019
[2]含V形坑的Si襯底GaN基單量子阱綠光LED有源區(qū)研究[D]. 吳慶豐.南昌大學 2019
[3]準備層及量子阱區(qū)生長條件對Si襯底GaN基LED性能影響的研究[D]. 齊維靖.南昌大學 2018
[4]含V形坑的Si襯底GaN基藍光LED發(fā)光性能研究[D]. 吳小明.南昌大學 2014
碩士論文
[1]AlGaN電子阻擋層對Si襯底GaN基綠光LED性能影響的研究[D]. 余浩.南昌大學 2019
[2]量子壘結構與生長方法對Si襯底GaN基長波長LED性能影響的研究[D]. 胡耀文.南昌大學 2019
[3]硅襯底GaN基綠光LED的量子阱結構對光電性能影響的研究[D]. 王振旭.南昌大學 2019
[4]噴淋頭高度調(diào)節(jié)InGaN/GaN量子阱生長及n-AlGaN電子阻擋層的模擬研究[D]. 柯昀潔.大連理工大學 2013
本文編號：3287413
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