本文關(guān)鍵詞：GaN基LED光電特性的研究

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【摘要】：GaN及其合金化合物(AlGaN、InG; iN)因具有化學(xué)穩(wěn)定性強、禁帶寬度可調(diào)等特點,在微電子器件(如L EDs、LDs、HEMT)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在藍綠LED照明領(lǐng)域,GaN更是起到不可代替的作用。盡管目前通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(Metal-Organic Chemical Deposition,簡稱MOCVD)已經(jīng)可以制備出結(jié)晶質(zhì)量很高的LED芯片,但是其內(nèi)量子效率仍然較為低下。因此,深入了解LED內(nèi)部載流子的發(fā)光機理、優(yōu)化LED結(jié)構(gòu),在提高LED發(fā)光效率方面起到至關(guān)重要的作用。在本論文中,我們利用Photoluminescence (PL)、Electroluminescence (EL)、I-V和Raman等測試手段,分別研究了低In組分InGaN/GaN準超晶格下置層和低溫p-GaN插入層對藍綠InGaN/GaN基LED光電特性的影響。通過對樣品PL、EL的溫度依賴性、功率依賴性及其他測試結(jié)果的分析,探究InGaN/GaN準超晶格下置層和低溫p-GaN插入層對InGaN/GaN基LED的光電特性的影響機制。文章的主要內(nèi)容包括如下幾個方面：(1).研究了有、無InGaN/GaN準超晶格下置層樣品PL譜的激發(fā)功率依賴性。結(jié)果顯示,在插入InGaN/GaN準超晶格下置層之后,樣品的激子發(fā)光峰峰位隨激發(fā)功率的增加上升較為緩慢。這是由于在插入InGaN/GaN準超晶格下置層之后,量子阱內(nèi)部的應(yīng)力得到釋放,量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)減小。因此,在激發(fā)功率增加過程中的,載流子對QCSE的屏蔽作用并不顯著,從而導(dǎo)致了峰位上升減緩；(2).研究了有、無InGaN/GaN準超晶格下置層樣品PL譜的溫度依賴性。結(jié)果顯示,在插入InGaN/GaN準超晶格下置層之后,樣品的激子發(fā)光峰峰位隨溫度變化的“S型”行為更加明顯,這說明樣品中的局域效果增強。這是由于在插入InGaN/GaN準超晶格下置層之后,量子阱內(nèi)部的應(yīng)力得到釋放。當應(yīng)力釋放后,晶體更趨向于不均一。因此,在InGaN量子阱內(nèi)部,更容易形成富In區(qū)(相分離),并導(dǎo)致局域效果明顯增強。(3).對有、無InGaN/GaN準超晶格下置層兩樣品發(fā)光強度進行了比較。通過比較我們發(fā)現(xiàn),在插入InGaN/GaN準超晶格下置層之后,樣品的發(fā)光強度明顯增強。這是因為在插入InGaN/GaN準超晶格下置層后,樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)得到了改善：應(yīng)力得到釋放(局域效果增強)、QCSE降低,因此發(fā)光效率得以提高。(4).研究了有、無低溫p-GaN插入層樣品的I-V特性。室溫300K下,有低溫p-GaN的樣品的正向偏壓減小。這是由于在插入低溫p-GaN后,空穴的注入效率得到了明顯的提高。(5).研究了低溫p-GaN插入層對量子阱中In組分的影響。結(jié)果顯示,兩樣品的PL測試結(jié)果沒有什么明顯不同,但是EL譜的差異卻較為明顯。這是由于低溫p-GaN插入層對有源區(qū)中最后一個量子阱中的In擴散起到了一定的抑制作用。(6).研究了低溫p-GaN插入層對樣品EL峰位的影響。結(jié)果顯示,隨著激發(fā)功率的增加,有低溫p-GaN樣品的EL峰位上升較快。這顯示了低溫p-GaN插入層對In組分的擴散有抑制作用,并使得QCSE增強。(7).通過對有、無低溫p-GaN插入層樣品EQE測試結(jié)果的分析,我們發(fā)現(xiàn)在插入低溫p-GaN后,樣品的EQE在大電流下的值仍然較大,效率下降現(xiàn)象得到改善。我們認為這是由于低溫p-GaN插入層有效改善了能帶結(jié)構(gòu),使得阻止電子泄漏的有效勢壘高度增加。在這種情況下,電子更加不容易泄露到p型層中,空穴也更容易進入到有源區(qū)中。因此,電子和空穴的注入效率都得到了提高,效率下降現(xiàn)象被有效的抑制。(8).利用APSYS模擬軟件仿真了有、無低溫p-GaN插入層樣品的能帶結(jié)構(gòu)、電子空穴濃度、復(fù)合效率等參數(shù),并與實驗數(shù)據(jù)進行了比較。結(jié)果顯示實驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)在理論基本一致。
【關(guān)鍵詞】：GaN LED 應(yīng)力釋放 效率下降
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN312.8
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 符號表13-14
• 第一章 緒論14-22
• §1-1 人類照明的發(fā)展歷史14-15
• §1-2 GaN基LED的發(fā)展歷史15-16
• §1-3 LED中存在的問題16-18
• §1-4 本論文的安排與研究內(nèi)容18-20
• 參考文獻20-22
• 第二章 GaN基LED的性質(zhì)、制備和測試22-40
• §2-1 GaN基半導(dǎo)體的基本性質(zhì)22-27
• §2-2 半導(dǎo)體中的光輻射過程27-29
• §2-3 LED芯片的制備29-31
• §2-4 LED的常用測試方法31-38
• 2-4-1 光致發(fā)光譜及測試系統(tǒng)31-34
• 2-4-2 電致發(fā)光譜及測試系統(tǒng)34-36
• 2-4-3 拉曼光譜與測試系統(tǒng)36-38
• §2-5 本章小結(jié)38-39
• 參考文獻39-40
• 第三章 InGaN/GaN準超晶格下置層對LED光學(xué)特性的影響40-56
• §3-1 樣品結(jié)構(gòu)與實驗過程40-42
• §3-2 樣品測試結(jié)果與討論42-49
• 3-2-1 樣品的PL譜特征42-43
• 3-2-2 樣品PL譜的激發(fā)功率依賴性43-45
• 3-2-3 樣品Raman測試結(jié)果分析45-47
• 3-2-4 樣品PL譜的溫度依賴性47-48
• 3-2-5 樣品內(nèi)量子效率的激發(fā)功率依賴性48-49
• §3-3 本章小結(jié)49-51
• 參考文獻51-56
• 第四章 低溫p-GaN插入層對LED光電特性的影響56-70
• §4-1 樣品結(jié)構(gòu)與實驗過程57-58
• §4-2 樣品測試結(jié)果與討論58-67
• 4-2-1 樣品EL測試結(jié)果58-59
• 4-2-2 樣品EL譜的注入電流依賴性59-60
• 4-2-3 樣品EL譜的溫度依賴性60-61
• 4-2-4 樣品PL測試結(jié)果61-62
• 4-2-5 樣品能帶模擬圖62-63
• 4-2-6 電子、空穴、復(fù)合效率模擬圖63-64
• 4-2-7 樣品I-V特性曲線64-65
• 4-2-8 樣品輸出功率特性曲線65-66
• 4-2-9 樣品歸一化外量子效率圖66-67
• §4-3 本章小結(jié)67-68
• 參考文獻68-70
• 第五章 工作總結(jié)與展望70-72
• §5-1 工作總結(jié)70-71
• §5-2 工作展望71-72
• 致謝72-74
• 碩士期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文目錄74-81
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表81

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