Ⅲ族氮化物紫光和近紫外LED的制備與研究.pdf

1、Ⅲ族氮化物如GaN、InGaN、AlGaN等半導(dǎo)體材料，理論上可以用來制備光譜范圍從紅外光到紫外光的發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)。Ⅲ族氮化物基紫光和紫外LED由于具有無(wú)毒、不產(chǎn)生臭氧、開關(guān)速度快、光譜窄和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在衛(wèi)生消毒、UV固化、光刻、防偽檢測(cè)、醫(yī)療診斷和水凈化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然，目前GaN基可見光LED技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但相比之下，Ⅲ族氮化物基紫光和紫外LED存在一些瓶頸，如器件內(nèi)橫向電流擁擠嚴(yán)重

2、、散熱不良、襯底和外延材料吸收紫外光、光提取效率低等，限制其外部量子效率和光電性能的進(jìn)一步提升。
　　針對(duì)紫光和紫外LED易產(chǎn)生橫向電流擁擠，散熱不良的問題。我們?cè)O(shè)計(jì)了帶有不同電子阻擋層(EBL)的紫光LED，利用APSYS軟件和MOCVD系統(tǒng)分別對(duì)所設(shè)計(jì)的器件進(jìn)行了理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，采用p-AlGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)電子阻擋層的器件，相比單層的AlGaN電子阻擋層結(jié)構(gòu)器件電流擁擠現(xiàn)象得到有效緩解，電流分布更加均

3、勻，電致發(fā)光強(qiáng)度得到了較大提高。
　　創(chuàng)新性地提出了制備p型GaN微米柱的表面微觀處理技術(shù)。通過控制外延生長(zhǎng)模式，制備出微米柱形狀的p型GaN結(jié)構(gòu)，可以使更多的紫外光逃逸出LED芯片外部、減少外延材料對(duì)紫外光的吸收、使紫外LED量子阱內(nèi)部的應(yīng)力得到弛豫。使用該技術(shù)可有效提高紫外LED的光輸出功率，相對(duì)平表面紫外LED提高了約88％。還模擬了微米柱對(duì)紫外LED的影響，模擬結(jié)果顯示通過優(yōu)化微米柱的尺寸和密度，可進(jìn)一步提升紫外LED的光

4、電性能。為了提高紫外LED的出光效率，之前還研究了納米壓印PSS襯底對(duì)紫外LED發(fā)光性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米壓印PSS襯底的圖形有利于減少光線在LED內(nèi)部發(fā)生全反射的比例，可以使紫外LED的出光效率得到提升。
　　創(chuàng)新性地提出了原位二次生長(zhǎng)法。即藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的AlGaN/GaN DBR結(jié)構(gòu)在應(yīng)力釋放后出現(xiàn)裂紋，通過控制生長(zhǎng)模式，克服由DBR裂紋引起GaN LED結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)困難的問題，重新在有裂紋的DBR上生長(zhǎng)出表面平整的G

5、aN LED結(jié)構(gòu)，有效提高了紫外LED的出光效率。
　　創(chuàng)新性地提出使用SiC襯底直接生長(zhǎng)帶有DBR紫外LED的技術(shù)。采用MOCVD方法，引入AlN/AlGaN雙緩沖層來緩解應(yīng)力，在6H-SiC(0001)襯底上制備了表面平坦無(wú)裂紋的Al0.2Ga0.8N/GaN DBR結(jié)構(gòu)，并在其上制備高質(zhì)量的紫外LED結(jié)構(gòu)。這種在SiC襯底上制備帶有應(yīng)力緩沖層和DBR結(jié)構(gòu)的紫外LED，既能發(fā)揮SiC襯底與GaN外延材料晶格匹配的優(yōu)勢(shì)及SiC襯