GaN基LED結構優(yōu)化的研究.pdf

1、發(fā)光二極管(LED)被稱為繼白熾燈和熒光燈后的第三代照明光源。LED技術擁有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點，吸引了產業(yè)界和學術界的廣泛關注。半導體照明技術日新月異，逐年提高的流明效率使得LED擁有更多的應用領域。LED已經從傳統(tǒng)的指示燈逐步走向了背光、照明、顯示等應用領域。為了滿足高亮度LED的需求，人們采用各種手段來提高LED的內量子效率。其中量子阱結構的優(yōu)化和電流擴展層結構的優(yōu)化是提高LED內量子效率的有效途徑。
　　本文使用Aix

2、tron Crius(Ⅱ)-XL系統(tǒng)，在圖形化藍寶石襯底上制作高質量的LED芯片。通過對電流擴展層和量子阱的結構優(yōu)化和工藝優(yōu)化，我們獲得了性能更高的LED外延片。
　　本文主要研究內容如下:
　　1.我們在量子阱(MQW)結構下生長一層n-InGaN/GaN電流擴展層結構，能有效提升GaN基LED的電學光學性能。實驗結果表明采用70 nm/70 nm的InGaN/GaN電流擴展層，不但可以改善晶體質量，降低正向電壓(Vf)至

3、3.13V，也可增加熒光光譜PL的強度，并且具有新型電流擴展層結構的LED在-2000 V的反向電壓下的抗靜電放電(ESD)通過率上升至99.49％。
　　2.由于在InGaN/GaN量子阱中，GaN材料本身產生的自發(fā)極化電場和阱壘之間由于晶格失配產生的壓電極化電場比較嚴重，造成了量子限制斯塔克效應，使得藍光LED的內量子效率有所降低。本文針對MQW結構進行了一系列優(yōu)化實驗來提高LED的內量子效率:
　　(1)勢阱保護層優(yōu)化

4、:改進勢阱(QW)保護層的厚度，使其厚度增加到1.5～3 nm之間，實驗得到優(yōu)化后的LED的發(fā)光效率提高20％到40％之間。由此得出，GaN保護層有利于In的富集，對發(fā)光效率有一定的提高;
　　(2)硅摻雜優(yōu)化:在勢壘(QB)生長過程中，隨著時間的變化逐漸增加硅烷(SiH4)的摻入量。通過實驗可得到，優(yōu)化后的LED外延片晶體質量變好，漏電流IR通過率提高，同時Vf有所降低;
　　(3)壘層結構優(yōu)化:使用5層InGaN/GaN