InGaN量子点的制备及应变调控

发布时间：2020-09-21 16:50

　　 GaN基LED作为第三代光源,被广泛应用在显示、固态照明等领域,经过多年的快速发展也已经实现了商业化。但是LED的发展仍然面临着被人们称为绿隙的问题,即当器件的发光波长向绿光或更长波长范围扩展时其内量子效率会下降。这是因为在传统的InGaN/GaN多量子阱结构中,随着铟组分的提高,In GaN和GaN之间的晶格失配也会逐渐增大,从而在外延层中产生大的极化场和高的位错密度,位错以及由极化场引起的量子限制斯塔克效应会严重影响器件的性能。因此,需要采用新颖的低维有源区结构来解决这个问题。本论文通过金属有机化合物气相沉积,以零维InGaN量子点为研究对象,具体研究内容如下:(1)为了获得InGaN量子点,并使其发光波长为绿光范围,在两步法生长的高质量GaN薄膜上,调控InGaN层生长温度为715oC,铟流量为100sccm,生长了不同厚度(分别为2.4 nm、2.8 nm、3.2 nm)的In GaN层,原子力显微镜测试结果表明随着InGaN层厚度的增加,发生了生长模式由二维台阶流向三维量子点的转变,说明InGaN层厚度超过了临界厚度,所以应变开始驰豫从而引起生长模式的转变。另外,对变功率和变温光致发光谱进行了分析,结果表明量子点具有更弱的极化场和更强的载流子局域效应,使得量子点的内量子效率是多量子阱的四倍多。(2)为了研究GaN垒层厚度对多层In GaN量子点的应变调制作用,生长了GaN垒层厚度分别为15 nm、17.5 nm、20 nm的In GaN/GaN周期结构。结果表明,随着GaN垒层厚度的增加,应力累积现象和压应变引起的极化效应被削弱了,更重要的是由于残余应力的减少,外延层中非辐射复合中心的密度随之降低。变温光致发光谱结果表明随着GaN垒层厚度的增加,量子点中的局域态轻微减弱,但是即使温度升高到室温仍然能够限制载流子不被非辐射复合中心俘获。通过对极化场和载流子局域效应的分析,得出随着垒层厚度增加,量子点内量子效率进一步提高,其主要原因是非辐射复合中心数目的减少。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

原理图,蓝光LED,白光,黄光

太原理工大学硕士学位论文最佳技术方案是红、绿、蓝三基色 LED 配成白光 LED[8]和 InGaN 基蓝光 LED[9]的技术已经成熟，固态照明领域的一大挑战。要获得绿光的输出，达到 30%，这样不仅增大了 InGaN 和 GaN 之间化场，从而引起量子限制斯塔克效应[10,11]，而且个因素都会极大地限制绿光器件的性能。为了解为绿光 LED 的有源区的方法被提出[13]，由高铟释放而且不会产生位错[14]，显著削弱量子限制斯的强局域态也能够有效限制载流子不被非辐射复的发光效率[15]。

示意图,态密度,维度,电子

的体材料尺寸较大，电子在三个方向上是可以自由运动的。而低维半导阱、纳米线和量子点与之不同，它们的尺寸都小于或接近电子的玻尔半子在一个或多个方向上的运动被限制在德布罗意波长或平均自由程尺相应的运动状态也不能采用经典力学模型来描述，而需要利用量子力学在量子阱材料如 InGaN/GaN 多量子阱中，电子沿生长方向的运动受到平面内的运动是自由的，每一个量子态内的载流子形成一个二维体系，一维结构，电子只在一个方向上自由运动，量子点则是一种零维结构，的尺寸都低于 100 nm，相应的电子在三个维度上的运动都会受到限制，方向上也都是量子化的。由于电子在这几种结构中的运动状态不同，它生了很大的变化，通过求解薛定谔方程可以得出如图 1-2 所示的结果，的态密度呈抛物线型连续分布，在量子阱结构中为阶梯状分布，在纳米峰锯齿状分布，在量子点中为离散 δ 型函数分布。

临界厚度,位错,驰豫,虚线

1-3 InGaN 生长在 GaN 上不同应变驰豫所对应的临界厚度位错产生（虚线）和三维生长（实线）al thicknesses of InGaN grown on (0001) GaN for different sttion generation (dashed line) and three dimensional growth (so同时，绿光或红光 InGaN 量子点相比 InGaN 量子生位错要先于生长模式转变，为此，在 2003 年，长中断的方式成功制备出蓝光 InGaN 量子点，这种

【相似文献】