InGaNGaN多量子阱结构及白光LED研究

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1、InGaN／GaN多量子阱结构及白光LED研究(申请硕士学位)作者姓名：苏辉专业名称：微电子学与固体电子学指导老师：张荣教授刘赋副教授南京大学物理系二零一一年五月三十日StudiesonInGaN／GaNMQWStructuresandwhiteLEDdevices(Master’SDegree)Author：SUHuiMajor：MicroelectronicsandSolidStateElectronicsSupervisor：Prof．ZHANGRongProf．LIUBinPhysicsDepartment，NanjingUniver

2、sityMay30，2011毕业论文题目：!垒Q巡鱼逊多量量陛丝掏刍鱼丝L里Q墨鲑堑窒邀垫王堂生国签垫量堂专业』坠级硕士生姓名：蒸颦指导教师(姓名、职称)：丝苤整篮型基型整筮摘要III族氮化物半导体由于其宽广连续可调直接带隙特点(O．7eV<、E。≤6．2eV)，优越的物理、化学性质，是发展近红外．可见．紫外波段半导体光电子器件的优选材料。InGaN／GaN多量子阱(MQW)结构是紫外．可见发光二极管(LED)器件的核心部分。具有长波长光发射的高In组分InGaN／GaNMQW结构制备，无荧光粉白光LED技术是目前GaN基lED研究前沿方向，

3、受到研究者的密切关注。本论文围绕III族氮化物，主要针对InGaN／GaN多量子阱的光学性质以及白光LED器件，展开了材料的生长和器件制备的研究与探索，得到的主要结论如下：1．利用金属有机物化学气相淀积技术(MOCVD)生长出了高质量InGaN／GaN量子阱结构，该结构室温下光致发光呈红橙色，发光峰位在610nm。阴极荧光谱(CL)测试发现量子阱中In组分随着层数的增加而升高。10K至300K的变温光致荧光(PL)谱分析，观察到量子阱结构有两个发光机制，且峰位随着温度呈S形变化，这可能与表面的量子点结构有关系。量子点结构的产生归因于In分凝和

4、载流子的局域化导致的载流子动力改变。2．详细系统研究了InGaN／GaN多量子阱生长规律，发现随着InGaN阱层生长温度的降低，其晶体质量变差；随着In组分提高，In分凝程度加剧，峰位向长波段红移；随着GaN垒层厚度的增加，峰位向长波段红移。高ln组分的InGaN／GaN量子阱中生长过程中，In流量具有优化条件，并不随In流量增加而单调的变化。原子力显微镜(AFM)以及PL等表征手段，观察到在输入ln流量为160sccm条件下，InGaN／GaN多量子阱的发光最强，表面形貌最平整均匀。3．利用MOCVD生长了白光InGaN／GaN多量子阱LE

5、D结构，有源层包含1个周期蓝光和两个周期绿光量子阱，采用微加工工艺制作了LED器件。在室温下，注入电流为40mA时，LED器件电致发光呈白光。电学分析表明，该器件的开启电压为2．9V，当反向电压5V时，其电流为70心。随着注入电流的增大，发光峰整体蓝移。关键词：金属有机化学气相外延，InGaN／GaN多量子阱，红橙光，光致发光，白光LED本论文得到下列基金项目资助：国家重点基础研究发展规划(2011CB301900)，国家自然科学基金(60990311，6082010．6003，60906025，60936004)，江苏省自然科学基金(BK2

6、008019，BK2010385，BK2009255，BK2010178)，南京大学扬州光电研究院研发基金。SPECIALIZATION：MicroelectronicsandSolidStateElectronicsPOSTGRADUATE：SUHuiⅣ匝NTOR：ABSTRACTOwingtotheiradvantagesofwideandextensivedirect—bandgapfrom0．7eVto6．2eV,excellentphysicalandchemicalstability,III-nitride(GaN-based)s

7、emiconductorsarethemostfavoritematerialsystemfornear-infrared-·visible·-ultravioletspectrumregionoptoelectronicdeviceapplications．ThestringentrequirementforthegrowthofhighqualityInGaN／GaNMQWfilms，particularly,highIncompositionInGaN／GaNmultiplequantumwells(MQW)withlongWave—l

8、engthemissions，whichhasbecomeamajorobstacleforhigh—performancewhiteLEDdevices．Ther