硅襯底GaN基近紫外、黃光LED材料生長單元技術(shù)研究.pdf

1、分類號：密級：UDC：學(xué)號：405729114047南昌大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文硅襯底硅襯底GaN基近紫外、黃光基近紫外、黃光LED材料生長單元技術(shù)材料生長單元技術(shù)研究研究StudyonMaterialGrowthUnitTechnologyofGaNbasednearUltravioletYellowLEDonSiliconSubstrate聶曉輝培養(yǎng)單位（院、系）：南昌大學(xué)材料科學(xué)研究所國家硅基LED工程技術(shù)研究中心指導(dǎo)教師姓名、職稱

2、：張萌教授指導(dǎo)教師姓名、職稱：劉軍林研究員申請學(xué)位的學(xué)科門類：工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱：材料科學(xué)與工程論文答辯日期：2017年5月18日答辯委員會(huì)主席：評閱人：2017年5月18日摘要I摘要目前Ⅲ族氮化物L(fēng)ED研究取得了突破性進(jìn)展，藍(lán)光LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)高達(dá)85~87%。為適應(yīng)不同波段的應(yīng)用需求，GaN基LED的研究重點(diǎn)向高Al組分、高In組分方向轉(zhuǎn)移。本文以材料失配程度更大、電場極化程度更強(qiáng)的Si襯底GaN基近紫外LED和Si襯底GaN基

3、黃光LED為載體，研究了影響LED性能的材料生長單元技術(shù)。Si襯底GaN基近紫外LED部分，主要研究了AlGaN量子壘生長單元技術(shù)和V形坑生長單元技術(shù)。Si襯底GaN基黃光LED部分，主要研究了pAlGaNEBL生長單元技術(shù)。主要得到了以下成果：1、設(shè)計(jì)并生長了不同Al組分的AlGaN量子壘結(jié)構(gòu)，討論了Al組分影響Si襯底GaN基近紫外LED性能的物理機(jī)理，確定了量子壘中最佳Al組分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，量子壘中Al組分影響有源區(qū)載流子限制能

4、力和EBL能帶彎曲程度，進(jìn)而影響LED的量子效率和efficiencydroop，因此Al組分既不能太高也不能太低。本論文研究的Si襯底GaN基近紫外LED（峰值波長395nm）量子壘中最佳Al組分為15%。2、使用LTGaN插入層誘導(dǎo)V形坑生長技術(shù)，通過控制插入層的厚度調(diào)控V形坑尺寸。發(fā)現(xiàn)量子阱表面存在尺寸大小不同的兩組V形坑，創(chuàng)新性地提出每組V形坑對LED性能影響不同并分別進(jìn)行了研究。確定了Si襯底GaN基近紫外LED中V形坑最佳尺

5、寸，對V形坑影響LED性能的作用機(jī)制進(jìn)行了完善和擴(kuò)展。結(jié)果表明V形坑尺寸在一定范圍內(nèi)具有屏蔽位錯(cuò)、抑制非輻射復(fù)合、增強(qiáng)空穴注入的作用，光電性能隨著V形坑尺寸的增大而提高。當(dāng)V形坑尺寸超過一定限度，量子阱有效發(fā)光面積減小，外延層結(jié)構(gòu)質(zhì)量下降，導(dǎo)致器件光電性能隨著V形坑尺寸的增大而衰退。本實(shí)驗(yàn)最佳的V形坑尺寸為120190nm，尺寸過大或者過小都會(huì)降低器件性能。相關(guān)研究成果已被《發(fā)光學(xué)報(bào)》錄用。3、通過調(diào)控pAlGaNEBL生長NH3流量，

6、研究了pAlGaNEBL單元生長技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了NH3流量與C、O雜質(zhì)濃度的關(guān)系，并對C、O雜質(zhì)影響Si襯底GaN基黃光LED性能的物理機(jī)理進(jìn)行了研究。提出一種新的空穴注入機(jī)理，結(jié)合V形坑的結(jié)構(gòu)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)地解釋。通過變溫變電流EQE和EL光譜驗(yàn)證了空穴濃度和空穴注入機(jī)理的變化。綜合考慮LED光電參數(shù)以及生長技術(shù)，確定了pAlGaNEBL最佳生長NH3流量，并制備了性能極佳的黃光LED器件。研究表明，C、O雜質(zhì)的濃度隨著pAlGaN