高Al組分Ⅲ族氮化物結(jié)構(gòu)材料及其深紫外LED.pdf

1、近年來，隨著高Ga組分Ⅲ族氮化物相關(guān)研究的日趨深入和生長(zhǎng)技術(shù)的日益成熟，人們逐漸將研究重心轉(zhuǎn)向具有更寬帶隙的高Al組分Ⅲ族氮化物。該材料常溫下帶隙寬至6.2 eV，可覆蓋短至210nm的深紫外波長(zhǎng)范圍，具有耐高溫、抗輻射、波長(zhǎng)易調(diào)控等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因而是制備紫外發(fā)光器件的理想材料。目前，高Al組分Ⅲ族氮化物材料質(zhì)量不高，所制備的深紫外LED發(fā)光器件仍存在內(nèi)量子效率、載流子注入效率和沿c軸方向正面出光效率較低的難題，因而制約了高效紫外發(fā)光器件

2、的制備。本文通過高Al組分Ⅲ族氮化物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方面的研究，在實(shí)現(xiàn)外延高質(zhì)量結(jié)構(gòu)材料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在量子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)電場(chǎng)調(diào)控以及晶體場(chǎng)調(diào)控等方面進(jìn)行相關(guān)研究，以期實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量深紫外LED的制備。取得的主要研究成果如下:
　　 針對(duì)目前常見襯底的缺點(diǎn)，提出了在襯底上生長(zhǎng)較厚的高質(zhì)量AlN復(fù)合基底，并得到具有AlN生長(zhǎng)面的高質(zhì)量復(fù)合基底，既改善了AlN與傳統(tǒng)襯底晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配大的難題，又可繞開國(guó)外相關(guān)專利的限制，更適合深紫外

3、LED器件商業(yè)制造。
　　 針對(duì)高Al組分AlGaN外延生長(zhǎng)質(zhì)量較差問題，經(jīng)模擬計(jì)算分析后提出了在脈沖生長(zhǎng)Al和N原子層基礎(chǔ)上，共通Al和N的分層生長(zhǎng)方法，促使了Al原子更容易弛豫到能量低的晶格扭折和臺(tái)階處，實(shí)現(xiàn)了界面平整的二維生長(zhǎng)。此外，還從理論和實(shí)驗(yàn)上解釋In在AlN生長(zhǎng)過程中作為表面活性劑效應(yīng)的機(jī)理。
　　 成功制備了GaN/AlN量子點(diǎn)，將紫外LED的內(nèi)量子效率提高到62％，并且發(fā)光波長(zhǎng)穩(wěn)定于308nm。

4、　　 制備了Mg-和Si-δ共摻AlGaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)，有效減小了材料中Mg受主的激活能，從而提高p型摻雜效率。通過模擬計(jì)算進(jìn)一步解釋了金屬與高Al組分AlGaN材料歐姆接觸的形成機(jī)理，發(fā)現(xiàn)Ti原子與Al原子的軌道雜化對(duì)歐姆接觸所起的重要作用。此外，提出采用分布式布拉格反射與小面積金屬接觸復(fù)合三維電極，實(shí)現(xiàn)了橫向電流均勻擴(kuò)展，進(jìn)一步降低光損耗，進(jìn)而提高外量子效率。
　　 通過設(shè)計(jì)超薄應(yīng)變GaN/AlN超晶格結(jié)構(gòu)，調(diào)控