gan基蓝光led结构和光电性能的研究

《gan基蓝光led结构和光电性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号密级硕士学位论文题目：GaN基蓝光LED结构和光电性能的研究英文并列题目：ResearchonthestructureandtheelectricalandopticalperformancesofGaN-basedblueLEDs研究生：管婕专业：微电子学与固体电子学研究方向：器件物理、工艺、材料导师：顾晓峰指导小组成员：闫大为学位授予日期：2016年6月答辩委员会主席：张曦煌江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月独创性声明本人旁明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究王作及取

2、得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加ｋ乂标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我ｋ工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签違：难瓜曰期：２。瓜。Ｉ关于论文使用授权的说明、本学位论文作者完全了解江南大学有关保留使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和滋盘，允许论文被查阅和借阅，可ｋ乂将学位论文的全部或部分内

3、容编入有关数据库进行检索，可ｋ乂采用影印、缩印或枉描等复制手段保存、汇编学位论文，一致并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：导师签义：日期：摘要摘要相比传统半导体硅，III族氮化物半导体氮化镓(GaN)具有宽禁带和直接带隙等优势，特别适合制备高效短波长发光器件，如蓝色发光二极管(LED)，在固态照明等领域具有巨大的应用潜力。但是，在正向大电流注入情况下，传统p型AlGaN电子阻挡层(EBL)结构会降低空穴向有源层的注入效率，导致发光效

4、率随电流增加急剧下降，发生所谓的效率droop行为。同时，(In)GaN薄膜与蓝宝石衬底之间存在较大晶格和热膨胀系数失配，InGaN/GaN多量子阱LED器件材料内会形成高密度的线性位错。这些电学位错不仅为漏电流提供主要输运路径，还是载流子的有效非辐射复合中心，严重限制了GaN基LED的光电效率。因此，寻找合适的EBL结构，改善效率droop行为，减小器件内部的位错密度，改善晶体质量，对提高GaN基LED的光电特性具有重要意义。本文研究了不同的组份渐变EBL结构和图形化蓝宝石衬底(PSS)对GaN基LED的电学

5、和光学特性的影响，主要研究内容和结论归纳如下。首先，采用数值模拟的方法，研究了Al组份渐变p-AlGaNEBL对InGaN/GaN蓝光LED电学和光学特性的影响。使用模拟软件SilvacoAtlas分析了p型AlxGa1-xNEBL中Al组份不同对LED光电性能的影响，结果表明：对比均匀组份、阶梯形组份、斜线形组份渐变以及梯形组份渐变EBL结构，三角形组份渐变结构能有效减小器件的开启电压；并且，由于改善了极化效应，三角形组份渐变EBL结构可减小器件的漏电流，增强空穴注入效率，提高光输出功率和内量子发光辐射效率，

6、并改善高注入电流水平下的发光效率droop行为。然后，对比了传统蓝宝石衬底(CSS)和PSS对GaN基LED的电学和光学特性的影响。利用扫描电子显微镜、光致发光和阴极射线发光等表征和测试方法，验证了PSS可以有效提高外延层的质量，且三角锥图形的PSS更有利于降低位错密度；另外还对比了CSS、蒙古包形PSS和三角锥形PSS对GaN基蓝光LED的电流和发光特性的影响。结果表明，采用PSS可以有效改善LED的电学与光学性能。此外，由于三角锥形PSS的图形倾斜角度较小，散射范围大，增强了光提取效率，因此三角锥形PSSL

7、ED的输出功率和外量子效率等发光性能更好。最后，研究了GaN基LED反向漏电流随温度变化的物理机制。低温时(<220K)，9主要是缺陷态跳跃传导输运机制，在低偏压和高偏压下其特征温度分别为1.2×10K和81.0×10K。高温时(>220K)，有两种不同的热激活机制：在低偏压下为缺陷辅助的多步隧穿，电子通过热激活和多步隧穿，从p型GaN中的价带传输到n型GaN中的导带上；在高偏压下为Poole-Frenkel机制，电子从陷阱态热发射到导带上，形成漏电流。这表明，位错相关的深能级缺陷态是引起反向漏电流增大的主要原

8、因。关键词：氮化镓；InGaN/GaN发光二极管；电子阻挡层；图形化蓝宝石衬底；反向漏电流IAbstractAbstractComparedtotheconventionalsemiconductorsilicon,galliumnitride(GaN),atypicalIII-nitridesemiconductor,isespeciallysuitableforfabricatin