基于碳納米管圖形襯底的GaN材料生長及LED器件研究.pdf

1、碩士學位論文學號：201200357019分類號：TN383基于碳納米管圖形襯底的基于碳納米管圖形襯底的GaN材料材料生長生長及LED器件研究器件研究研究生姓名：單梁指導教師：孫元平教授學科門類：工學專業(yè)名稱：微電子學與固體電子學論文提交日期：2015年4月摘要近年來，GaN基LED得到了迅猛發(fā)展，被廣泛用于顯示、照明、醫(yī)療、科研等等領域。然而，與遠景目標相比，GaN基LED的發(fā)光效率仍然需要大幅提高。與平面襯底和微米圖形襯底相比，新型

2、納米圖形襯底具有更優(yōu)越的光提取增強和位錯抑制能力，可實現(xiàn)更高的內量子效率和光提取效率。但是常規(guī)納米圖形襯底的制備工藝復雜，成本高，成為其實用化的瓶頸。本文基于低成本的碳納米管圖形襯底研究了GaN基LED的外延生長工藝和器件制備技術，并對材料及器件性能進行了深入的表征和分析。我們研究的主要內容包括，優(yōu)化基于碳納米管圖形襯底的GaN生長的外延技術，研究其成核機理，分析基于碳納米管圖形襯底的不同外延工藝的GaN生長、材料表征及LED器件的光電

3、特性以及基于不同碳納米管層數(shù)的碳納米管圖形襯底的材料表征及LED器件的光電特性。并通過退火去除碳納米管驗證碳納米管吸光性質及其對LED器件性能的影響程度。獲得的主要研究成果有：1、研究了基于碳納米管圖形襯底的有無粗化層的兩種GaN外延技術并分析了其成核機理，確定了不包含粗化層的外延過程是更適合碳納米管圖形襯底生長GaN的外延工藝，通過優(yōu)化后的外延工藝生長得到了平整的、晶體質量較好的外延層薄膜和光電特性更優(yōu)異的LED器件；2、研究了不同碳

4、納米管層數(shù)的碳納米管圖形襯底，通過比較相應外延片的晶體質量和光電特性以及不同碳納米管層數(shù)的碳納米管圖形襯底的透射率得出，隨著碳納米管層數(shù)的增加，外延片晶體質量提高，發(fā)光更集中，但是碳納米管的吸光現(xiàn)象也更明顯；3、通過分析基于碳納米管圖形襯底的GaN基LED的光功率數(shù)據(jù)和PL數(shù)據(jù)測量值說明，碳納米管圖形襯底增加發(fā)光功率的主要原因是由于位錯密度降低提高晶體質量引起的；4、通過FDTD模擬進一步驗證了嵌入碳納米管的圖形襯底對光的匯聚作用以及吸