GaN基LED材料特性研究及芯片結構設計.pdf

1、發(fā)光二極管(LED) 是一種廣泛應用于光電子領域的低成本長壽命固態(tài)光源發(fā)展半導體照明，節(jié)能長效，保護環(huán)境，其意義重大而深遠。要使半導體照明真正走向市場，就必須探索出一條路使得LED的發(fā)光效率以及發(fā)光穩(wěn)定性能夠真正的提高。 要發(fā)掘半導體照明的市場潛力，就需要大大提高LED的發(fā)光效率使其滿足日常照明和市場的需求。發(fā)光效率由內(nèi)量子效率和外量子效率兩部分共同決定。目前LED技術的一大技術難題是，芯片在大電流注入或升溫過程中會有出現(xiàn)內(nèi)量子

2、效率的急劇下降。內(nèi)量子效率則取決于LED的內(nèi)部多量子阱微觀結構及晶體材料特性和質量，內(nèi)量子效率的研究是目前LED發(fā)光效率研究的切實而有效的突破點。同時發(fā)光穩(wěn)定性的研究也極大的依賴于對有源區(qū)微觀結構的研究。 本文在介紹了氮化鎵材料的基本結構特征及物理化學特性之后，從氮化鎵的外延結構的屬性和氮化鎵基高性能芯片設計兩個方面對氮化鎵材料和器件結構展開了討論。其中材料屬性部分，介紹了透射電子顯微鏡的工作原理及其主要應用范圍，然后根據(jù)實驗分

3、析了TEM圖片，包括GaN多量子阱，重點分析了V型缺陷和塊狀缺陷的高分辨圖形，分析了他們對材料屬性的影響。然后分析了多種氮化鎵樣品的光致發(fā)光譜和電致發(fā)光譜，并解釋其光譜藍移和紅移現(xiàn)象。在屬性部分最后介紹了基于密度泛函理論和第一性原理的CASTEP程序及其在分析GaN材料屬性上的應用。在芯片結構設計部分，本文提出了三種高效率LED芯片的設計結構，分別是基于雙光子晶體的LED芯片，基于微球模型的LED芯片，基于激光剝離襯底的大功率LED芯片