GaN基LED結(jié)構(gòu)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(shù)擁有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，吸引了產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。半導(dǎo)體照明技術(shù)日新月異，逐年提高的流明效率使得LED擁有更多的應(yīng)用領(lǐng)域。LED已經(jīng)從傳統(tǒng)的指示燈逐步走向了背光、照明、顯示等應(yīng)用領(lǐng)域。為了滿足高亮度LED的需求，人們采用各種手段來(lái)提高LED的內(nèi)量子效率。其中量子阱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和電流擴(kuò)展層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是提高LED內(nèi)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(lán)寶石襯底上制作高質(zhì)量的LED芯片。通過(guò)對(duì)電流擴(kuò)展層和量子阱的結(jié)構(gòu)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?jī)?nèi)容如下:
　　1.我們?cè)诹孔于?MQW)結(jié)構(gòu)下生長(zhǎng)一層n-InGaN/GaN電流擴(kuò)展層結(jié)構(gòu)，能有效提升GaN基LED的電學(xué)光學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用70 nm/70 nm的InGaN/GaN電流擴(kuò)展層，不但可以改善晶體質(zhì)量，降低正向電壓(Vf)至

3、3.13V，也可增加熒光光譜PL的強(qiáng)度，并且具有新型電流擴(kuò)展層結(jié)構(gòu)的LED在-2000 V的反向電壓下的抗靜電放電(ESD)通過(guò)率上升至99.49％。
　　2.由于在InGaN/GaN量子阱中，GaN材料本身產(chǎn)生的自發(fā)極化電場(chǎng)和阱壘之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓電極化電場(chǎng)比較嚴(yán)重，造成了量子限制斯塔克效應(yīng)，使得藍(lán)光LED的內(nèi)量子效率有所降低。本文針對(duì)MQW結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一系列優(yōu)化實(shí)驗(yàn)來(lái)提高LED的內(nèi)量子效率:
　　(1)勢(shì)阱保護(hù)層優(yōu)化

4、:改進(jìn)勢(shì)阱(QW)保護(hù)層的厚度，使其厚度增加到1.5～3 nm之間，實(shí)驗(yàn)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(hù)層有利于In的富集，對(duì)發(fā)光效率有一定的提高;
　　(2)硅摻雜優(yōu)化:在勢(shì)壘(QB)生長(zhǎng)過(guò)程中，隨著時(shí)間的變化逐漸增加硅烷(SiH4)的摻入量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得到，優(yōu)化后的LED外延片晶體質(zhì)量變好，漏電流IR通過(guò)率提高，同時(shí)Vf有所降低;
　　(3)壘層結(jié)構(gòu)優(yōu)化:使用5層InGaN/GaN