GaN基藍(lán)光LED外延結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，GaN基發(fā)光二極管(light-emitting diodes，LEDs)作為新一代固態(tài)照明光源得到了迅猛的發(fā)展。目前GaN基藍(lán)光LED始終被熱烈討論和研究，人們所研究的熱點(diǎn)為嚴(yán)重的極化效應(yīng)及在大電流注入下的“效率下降”現(xiàn)象，它們都在很大程度上影響了發(fā)光二極管的光電性能。
　　在三族氮化物中，有源區(qū)的極化效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的極化電場(chǎng)，它會(huì)極大地改變LED的能帶結(jié)構(gòu)。尤其是在有源區(qū)的量子阱中，能帶發(fā)生傾斜，電子和空穴分開分別局限

2、于量子阱兩側(cè)，使得載流子參與輻射復(fù)合而發(fā)光的機(jī)會(huì)大大減小，因此降低了量子阱的發(fā)光效率。極化效應(yīng)會(huì)使LED的發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)生紅移，從而降低通過(guò)光譜所得材料組分的準(zhǔn)確度;極化效應(yīng)還會(huì)增強(qiáng)量子阱結(jié)構(gòu)對(duì)阱寬和壘厚的依賴性。
　　在高電流注入下，雖然可用于發(fā)光的載流子數(shù)目增加了，但LED的發(fā)光效率并沒(méi)有隨著注入電流的增加有所提高反而呈下降的趨勢(shì)，效率下降問(wèn)題已經(jīng)成為限制LED發(fā)展的一個(gè)瓶頸。許多研究指出，導(dǎo)致效率下降的原因可能是極化效應(yīng)、電子泄

3、露、差的空穴注入、外延缺陷、俄歇復(fù)合等。因此，在高電流注入下，LED的發(fā)光效率受到了極大地限制。
　　到目前為止，已經(jīng)有很多優(yōu)秀的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)如何減小氮化物的極化電場(chǎng)及如何改善在高注入電流下的效率下降現(xiàn)象進(jìn)行研究，期望有效改善LED的光電性能。本論文將繼續(xù)尋找減小極化效應(yīng)及改善效率下降的LED器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本論文的研究重點(diǎn)在于如何有效減小InGaN LED的極化效應(yīng)及有效改善效率下降現(xiàn)象，具體的研究?jī)?nèi)容和研究成果主要包括:

4、>　　1.研究In組分梯度漸變多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)對(duì)InGaN藍(lán)光LED光電性能的影響。模擬結(jié)果表明，In組分梯度漸變MQW結(jié)構(gòu)能夠有效地減小LED有源區(qū)的極化效應(yīng)，使得電子與空穴的波函數(shù)重疊率提高，提高輻射復(fù)合率，從而提高內(nèi)量子效率，所以LED器件的輸出功率大大地增強(qiáng)了。此外，效率下降現(xiàn)象和發(fā)光波長(zhǎng)的穩(wěn)定性也得到了顯著的改善。
　　2.通過(guò)對(duì)LED中電子阻擋層(EBL)的能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究新設(shè)計(jì)的EBL對(duì)InGaN/GaN

5、藍(lán)光LED光電性能的影響，并對(duì)新設(shè)計(jì)的EBL結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地優(yōu)化，找出最佳設(shè)計(jì)方案。模擬結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)的EBL結(jié)構(gòu)通過(guò)修剪極化，能夠有效減小LB/EBL界面的極化效應(yīng)，增強(qiáng)空穴注入效率和電子束縛能力，從而改善效率下降現(xiàn)象，提高藍(lán)光LED的光電學(xué)性能。
　　3.通過(guò)對(duì)LED有源區(qū)的壘厚進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究不同壘厚設(shè)計(jì)對(duì)LED發(fā)光性能的影響。本文提出了用從n邊到p邊逐漸減小壘厚的結(jié)構(gòu)取代相等壘厚的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在靠近n-GaN層采用較厚的壘用于