类金字塔状GaN基微米锥的生长调控与光学性能研究

发布时间：2020-09-29 19:51

　　 商用二维Ga N基薄膜LED外延结构的高位错密度、效率骤降、量子限制斯塔克效应、绿隙等问题严重影响了其在大功率、高亮度及长寿命全彩LED中的应用,因而开展新型GaN微/纳阵列结构的生长与光电性能研究具有重要意义。本文通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)原位沉积SiN_x掩模层后,首先成功生长了类金字塔状GaN微米锥,详细研究了温度、时间、V/III比和压力等条件对其形貌的影响;接下来在类金字塔状GaN微米锥上外延生长三个周期的InGaN/GaN多量子阱,详细研究了其发光性能及机理。具体研究结果如下:(1)生长温度会极大地影响MOCVD中的原子迁移速率,进而对类金字塔状GaN微米锥的形貌有较大影响,当温度为1075°C时,能生长出具有六个半极性{10-11}晶面和一个很小的(0001)晶面的类金字塔状GaN微米锥;其次生长时间会对类金字塔状GaN微米锥的尺寸和密度产生影响,随着时间的延长,尺寸增大,密度降低;最后V/III比和压力会影响其半极性面的生长速率从而影响其形貌,在高压低V/III的条件下,类金字塔状GaN微米锥尺寸较大,而在低压高V/III比条件下微米锥尺寸较小;通过对其表面进一步分析发现,类金字塔状GaN微米锥的半极性面是N面。(2)在类金字塔状GaN微米锥上继续外延生长三个周期的InGaN/GaN多量子阱后形成了类金字塔状InGaN/GaN微米锥。InGaN/GaN多量子阱沉积之后类金字塔状GaN微米锥顶部的(0001)面消失;类金字塔状InGaN/GaN微米锥不同位置处的阴极荧光发光波长不同,表明In元素在其表面不同位置处分布有所差异;微观结构分析发现,In原子会在类金字塔状InGaN/GaN微米锥的表面迁移,导致不同位置InGaN/GaN多量子阱的厚度不同,并且发现其特殊的光学性质是由于Ga原子与In原子不同的迁移速率导致的;类金字塔状InGaN/GaN微米锥的发光波长随微区光致发光光谱激发功率密度的增加蓝移量很小,表明其半极性面极化场较弱。这种类金字塔状InGaN/GaN微米锥LED结构通过优化后,可以有效实现全彩发光。
【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】：TN304
【部分图文】：

图 1-1 纤锌矿 GaN 的晶体结构Fig.1-1 Wurtzite GaN structure宽度，在常温下为 3.37eV，可以通高的电导率和热导率，因此可以在有较高的电子和空穴迁移率，响应速如表 1-1 所示：表 1-1 两种 GaN 晶体结构的性质Table 1-1 Properties of two GaN crystal strWurtize GaN 3.37 eV (300 K)

图 1-2 (a) 白光 LED 灯泡 (b)包含红、绿、蓝三种芯片的白光 LED 结构Fig. 1-2 (a) Perspective view and (b) top view of multi-LED-chip white LED consisting of a red (green (G), and blue (B) LED chip第三种也是最成功的一种获得白光的方法是通过蓝光加荧光粉的方式实现的，一分蓝光通过荧光粉传输了出来，而另一部分则会被荧光粉吸收之后，发光红光和绿光光)，红绿蓝三种颜色的光组合即可实现白光发射，其过程如图 1-3(b)所示。Shimizu人进过大量的实验后发现，铈掺杂钇铝石榴石(YAG:Ce)是一种非常合适的荧光粉，这荧光粉能够吸收蓝光并发出红光和绿光。通过蓝光LED激发YAG的方法首先由Shim等人提出并实现，Bando 等人对其进行了进一步的研究[37-38]，随后 Nakamura 和 Faso人在综述中详细描述了这种方法[39]。至此，蓝光激发 YAG 荧光粉成为了制备白光 L的主流方法，并获得了商业上的巨大成功。该方法的优点是制备简单，效率极高且每芯片只需一个驱动电路驱动即可。

图 1-2 (a) 白光 LED 灯泡 (b)包含红、绿、蓝三种芯片的白光 LED 结构ig. 1-2 (a) Perspective view and (b) top view of multi-LED-chip white LED consisting of a red (Rgreen (G), and blue (B) LED chip三种也是最成功的一种获得白光的方法是通过蓝光加荧光粉的方式实现的，一通过荧光粉传输了出来，而另一部分则会被荧光粉吸收之后，发光红光和绿光绿蓝三种颜色的光组合即可实现白光发射，其过程如图 1-3(b)所示。Shimizu大量的实验后发现，铈掺杂钇铝石榴石(YAG:Ce)是一种非常合适的荧光粉，这能够吸收蓝光并发出红光和绿光。通过蓝光LED激发YAG的方法首先由Shim出并实现，Bando 等人对其进行了进一步的研究[37-38]，随后 Nakamura 和 Fasol述中详细描述了这种方法[39]。至此，蓝光激发 YAG 荧光粉成为了制备白光 L方法，并获得了商业上的巨大成功。该方法的优点是制备简单，效率极高且每需一个驱动电路驱动即可。

【参考文献】

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本文编号：2830179