隨著光效的不斷提升,GaN基LED在固態(tài)照明、顯示等領(lǐng)域獲得了廣泛應用,為全球節(jié)能減排作出了重大貢獻。根據(jù)美國能源部最新的LED效率提升計劃,紅、黃、綠、藍各色LED的電光轉(zhuǎn)換效率最終都要達到86%。目前各色LED光效與目標值均有差距,尤其是受制于“綠光鴻溝”問題的黃綠波段,差距巨大。在解決“綠光鴻溝”方面,近年來南昌大學國家硅基LED工程技術(shù)研究中心取得了很大進展,研發(fā)的硅基綠光LED(520 nm)電光轉(zhuǎn)換效率超過45%(20 A/cm2),硅基黃光LED(565 nm)電光轉(zhuǎn)換效率接近30%(20A/cm2),達到國際領(lǐng)先水平。然而與最終目標相比,光效還有很大提升空間。本文在國家硅基LED工程技術(shù)研究中心的技術(shù)平臺以及對V形坑機理已有認識的基礎(chǔ)上,通過改變含V形坑硅基LED的有源區(qū)結(jié)構(gòu),研究了載流子輸運和復合的調(diào)控方法與機理,逐步形成了“疏堵結(jié)合、加強阱間交互”的載流子調(diào)控思路,藉以提升載流子在有源區(qū)中的利用率,提升器件內(nèi)量子效率,改善效率droop,并設(shè)計了與之對應的有源區(qū)新結(jié)構(gòu)。取得的主要研究成果如下:1.通過對比有無V形坑的硅基綠光LED樣品發(fā)現(xiàn),在n-GaN上生長InGa...

【文章頁數(shù)】：157 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 Ⅲ族氮化物概述
        1.1.1 GaN基材料與器件的研究意義
        1.1.2 GaN基材料基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
        1.1.3 GaN基材料中的極化現(xiàn)象
    1.2 GaN基LED技術(shù)
        1.2.1 GaN基LED的發(fā)展歷史
        1.2.2 GaN基LED的發(fā)光原理
        1.2.3 GaN基LED襯底選擇
        1.2.4 硅襯底GaN基LED典型外延結(jié)構(gòu)
        1.2.5 硅襯底GaN基LED芯片工藝
    1.3 GaN基LED發(fā)光效率與載流子輸運及復合
        1.3.1 GaN基LED幾種發(fā)光效率定義
        1.3.2 GaN基LED載流子復合機制
        1.3.3 GaN基LED載流子輸運機制
        1.3.4 GaN基LED效率擊droop機制
    1.4 V形坑與載流子分布
        1.4.1 V形坑起源及調(diào)控
        1.4.2 V形坑調(diào)控載流子在有源區(qū)中分布
        1.4.3 基于含V形坑LED外延結(jié)構(gòu)的優(yōu)化思路
    1.5 本論文的研究內(nèi)容及行文安排
第2章 V形坑對InGaN/GaN綠光LED外延生長及載流子注入的影響
    2.1 V形坑對InGaN/GaN綠光多量子阱LED的應力釋放、In并入及光電性能的影響
        2.1.1 實驗
        2.1.2 結(jié)果與討論
        2.1.3 小結(jié)
    2.2 V形坑增強空穴注入及導致的空穴泄漏對InGaN/GaN多量子阱綠光LED光電性能的影響
        2.2.1 實驗
        2.2.2 結(jié)果與討論
        2.2.3 小結(jié)
第3章 限制阱和發(fā)光阱混合的有源區(qū)結(jié)構(gòu)對載流子輸運及復合的影響
    3.1 引言
    3.2 實驗
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 載流子限制阱和載流子發(fā)光阱對混合有源區(qū)晶體質(zhì)量的影響
        3.3.2 EL和PL光譜研究載流子在混合有源區(qū)中輸運及復合特性及其對器件光電性能的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 類三明治InGaN/GaN多量子阱結(jié)構(gòu)提升載流子阱間交互作用
    4.1 引言
    4.2 實驗
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 類三明治有源區(qū)結(jié)構(gòu)改變發(fā)光阱對應的量子壘厚度對微觀結(jié)構(gòu)性能的影響
        4.3.2 類三明治有源區(qū)結(jié)構(gòu)改變發(fā)光阱對應的量子壘厚度對LED器件性能的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 硅襯底GaN基綠光LED有源區(qū)中非輻射復合機制對器件外量子效率的影響
    5.1 引言
    5.2 實驗
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 缺陷相關(guān)的非輻射復合對硅襯底GaN基綠光LED在小電流下外量子效率的影響
        5.3.2 電子泄漏相關(guān)的非輻射復合對硅襯底GaN基綠光LED在大電流下外量子效率的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 量子壘摻Si個數(shù)對InGaN/GaN黃光LED載流子輸運的影響
    6.1 引言
    6.2 實驗
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 量子壘摻Si個數(shù)對高In組分InGaN/GaN多量子阱晶體質(zhì)量的影響
        6.3.2 量子壘摻Si個數(shù)對室溫下黃光LED光學性能的影響
        6.3.3 量子壘摻Si個數(shù)對室溫下黃光LED電學性能的影響
        6.3.4 量子壘摻Si個數(shù)對低溫下黃光LED光學性能的影響
    6.4 小結(jié)
第7章 總結(jié)和展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 進一步工作的方向
致謝
參考文獻
攻讀學位期間的研究成果



本文編號：3736434