p型超晶格結(jié)構(gòu)對(duì)紫外LED性能影響研究.pdf

1、紫外發(fā)光二極管(UV-LEDs)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在固態(tài)白光照明、醫(yī)療殺菌、印刷光固化、生物輔助檢測(cè)、大容量信息存儲(chǔ)和非視距通訊等新型領(lǐng)域。短波長(zhǎng)紫外LED通常采用高摻雜的AlGaN或GaN作為p型層材料。因?yàn)锳lGaN和GaN的摻雜雜質(zhì)難電離，使得摻雜濃度很高，又直接影響材料的結(jié)晶質(zhì)量，這使得短波長(zhǎng)紫外LED的制作困難重重。目前，AlGaN材料的生長(zhǎng)和p型摻雜還存在許多問(wèn)題，波長(zhǎng)小于365 nm的短波長(zhǎng)紫外LEDs在發(fā)光效率上仍然比InG

2、aN基紫外LED低一個(gè)數(shù)量級(jí)。AlGaN/GaN短周期超晶格(SPSLs)的特殊能帶結(jié)構(gòu)和極化效應(yīng)，使得Mg摻雜的AlGaN/GaN超晶格可以很大的提高空穴的注入效率。超晶格還能阻擋外延時(shí)引入的位錯(cuò)和裂紋向表面延伸，提高芯片外延層材料生長(zhǎng)質(zhì)量。同時(shí)，利用AlGaN/GaN超晶格橫向和縱向電導(dǎo)率不相等的特點(diǎn)，可以改善LED的電流分布，提高LED的光學(xué)性能。
　　本文在這個(gè)理論基礎(chǔ)上，提出使用 Mg摻雜p-AlGaN/GaN短周期超晶

3、格作為紫外LED的p型層，制作發(fā)光波長(zhǎng)小于365 nm的短波長(zhǎng)紫外LED，并對(duì)得到的實(shí)驗(yàn)外延芯片進(jìn)行高分辨率XRD和AFM表面形貌測(cè)試，分析材料結(jié)晶質(zhì)量和形貌特性。對(duì)芯片進(jìn)行管芯加工后，對(duì)器件進(jìn)行電容電壓（C-V）測(cè)試，探究器件中表觀載流子的分布特性以及摻雜濃度。然后，對(duì)器件進(jìn)行電流電壓（I-V）測(cè)試，獲得器件的工作電壓，根據(jù)器件的I-V特性曲線(xiàn)，對(duì)樣品器件的電流輸運(yùn)機(jī)制進(jìn)行深入分析。最后，對(duì)器件進(jìn)行電致發(fā)光（EL）測(cè)試，研究LED樣品

4、器件光學(xué)性能。本文的主要內(nèi)容如下：
　　1.對(duì)AlGaN/GaN超晶格的增強(qiáng)p型摻雜機(jī)理進(jìn)行深入研究。AlGaN/GaN短周期超晶格的特殊能帶和極化效應(yīng)，使超晶格的界面處能帶發(fā)生彎曲，受主激活能大大的降低，使得超晶格界面產(chǎn)生高密度的面電荷，提高了超晶格材料的空穴濃度。采用 Silvaco仿真軟件對(duì)p-AlGaN/GaN短周期超晶格的能帶和空穴濃度進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了超晶格可以提高材料空穴濃度的理論。
　　2.將p-AlGaN/G

5、aN短周期超晶格作為短波長(zhǎng)紫外LED器件的p型層，進(jìn)行MOCVD外延生長(zhǎng)，對(duì)芯片進(jìn)行材料結(jié)晶質(zhì)量測(cè)試分析，結(jié)果表明，外延芯片質(zhì)量良好。管芯加工后，對(duì)器件進(jìn)行C-V測(cè)試，計(jì)算得到樣品p層摻雜濃度約為5.6×1019 cm-3。對(duì)器件進(jìn)行I-V測(cè)試，得到的樣品在350 mA注入電流下工作電壓為3.55 V，并對(duì)樣品器件的I-V特性曲線(xiàn)進(jìn)行分析，研究了樣品理想因子偏大的主要原因，認(rèn)為大電流下器件中有很大的深能級(jí)雜質(zhì)引起的隧穿復(fù)合電流。對(duì)器件進(jìn)