硅襯底GaN基近紫外、黃光LED材料生長單元技術研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、分類號:密級:UDC:學號:405729114047南昌大學碩士研究生學位論文硅襯底硅襯底GaN基近紫外、黃光基近紫外、黃光LED材料生長單元技術材料生長單元技術研究研究StudyonMaterialGrowthUnitTechnologyofGaNbasednearUltravioletYellowLEDonSiliconSubstrate聶曉輝培養(yǎng)單位(院、系):南昌大學材料科學研究所國家硅基LED工程技術研究中心指導教師姓名、職稱

2、:張萌教授指導教師姓名、職稱:劉軍林研究員申請學位的學科門類:工學學科專業(yè)名稱:材料科學與工程論文答辯日期:2017年5月18日答辯委員會主席:評閱人:2017年5月18日摘要I摘要目前Ⅲ族氮化物LED研究取得了突破性進展,藍光LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)高達85~87%。為適應不同波段的應用需求,GaN基LED的研究重點向高Al組分、高In組分方向轉移。本文以材料失配程度更大、電場極化程度更強的Si襯底GaN基近紫外LED和Si襯底GaN基

3、黃光LED為載體,研究了影響LED性能的材料生長單元技術。Si襯底GaN基近紫外LED部分,主要研究了AlGaN量子壘生長單元技術和V形坑生長單元技術。Si襯底GaN基黃光LED部分,主要研究了pAlGaNEBL生長單元技術。主要得到了以下成果:1、設計并生長了不同Al組分的AlGaN量子壘結構,討論了Al組分影響Si襯底GaN基近紫外LED性能的物理機理,確定了量子壘中最佳Al組分。實驗結果表明,量子壘中Al組分影響有源區(qū)載流子限制能

4、力和EBL能帶彎曲程度,進而影響LED的量子效率和efficiencydroop,因此Al組分既不能太高也不能太低。本論文研究的Si襯底GaN基近紫外LED(峰值波長395nm)量子壘中最佳Al組分為15%。2、使用LTGaN插入層誘導V形坑生長技術,通過控制插入層的厚度調(diào)控V形坑尺寸。發(fā)現(xiàn)量子阱表面存在尺寸大小不同的兩組V形坑,創(chuàng)新性地提出每組V形坑對LED性能影響不同并分別進行了研究。確定了Si襯底GaN基近紫外LED中V形坑最佳尺

5、寸,對V形坑影響LED性能的作用機制進行了完善和擴展。結果表明V形坑尺寸在一定范圍內(nèi)具有屏蔽位錯、抑制非輻射復合、增強空穴注入的作用,光電性能隨著V形坑尺寸的增大而提高。當V形坑尺寸超過一定限度,量子阱有效發(fā)光面積減小,外延層結構質量下降,導致器件光電性能隨著V形坑尺寸的增大而衰退。本實驗最佳的V形坑尺寸為120190nm,尺寸過大或者過小都會降低器件性能。相關研究成果已被《發(fā)光學報》錄用。3、通過調(diào)控pAlGaNEBL生長NH3流量,

6、研究了pAlGaNEBL單元生長技術,發(fā)現(xiàn)了NH3流量與C、O雜質濃度的關系,并對C、O雜質影響Si襯底GaN基黃光LED性能的物理機理進行了研究。提出一種新的空穴注入機理,結合V形坑的結構對實驗現(xiàn)象進行了詳細地解釋。通過變溫變電流EQE和EL光譜驗證了空穴濃度和空穴注入機理的變化。綜合考慮LED光電參數(shù)以及生長技術,確定了pAlGaNEBL最佳生長NH3流量,并制備了性能極佳的黃光LED器件。研究表明,C、O雜質的濃度隨著pAlGaN

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